从DNA到橡皮泥，高聚物的广阔世界 - 简·马丁莉

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你，以及树木、电话、玩具等等，都是由高分子聚合物组成的。高分子聚合物是一种长链分子，它们有一系列有用的特性，比如硬度、伸展度等等。我们的生活已经离不开它了。高分子聚合物既有天然存在的——我们的DNA，也有合成的——塑料，橡皮泥，以及泡沫塑料。简·马丁利向我们阐述了高分子聚合物如何改变了世界。

课程内容来自简·马丁莉，动画由TED-Ed制作。

丝绸，

DNA，

木材，

气球，

和橡皮泥有什么共同点？

它们都是高分子聚合物(polymer)，简称高聚物。

高聚物是生活中一个十分重要的部分，

没有高聚物的世界

是不可想象的。

但它们到底是什么？

高分子聚合物是大分子物质，

由单分子物质(monomer)聚合而成，

连接起来像是一节节车厢连成火车。

它的英文中“Poly”的意思是多，

“mono”意思是单，

“mers”或“mero”是“一部分”的意思。

许多高聚物由

相同单分子物质重复形成，

有的由两种单分子

按照一定模式连接。

所有生物都由高分子聚合物组成。

有些生物体内的有机物

小而简，

只有很少一些功能单元。

其它功能，尤其作为结构功能

或保存基因信息的单元，

都是大分子物质。

大部分情况下这些大分子都是高聚物。

举个例子，复杂的碳水化合物

都是简单糖类的高分子聚合；

蛋白质是氨基酸的高分子聚合；

核酸，包括脱氧核糖核酸以及核糖核酸，

它们包含了我们的遗传信息，

是核苷酸的高分子聚合形式。

树木等等植物是由

高聚物纤维素组成，

它们是树皮和茎的坚硬组分。

羽毛，

毛皮，

毛发，

以及指甲，

都由同一种蛋白质角蛋白组成，

它也是种高聚物。

还有更多类似的例子：

你知道在动物学中

最大的门的动物的外骨骼

节肢动物的外骨骼，

是由高聚物几丁质组成的吗？

高分子聚合物还包括了

合成纤维，合成橡胶以及塑料。

所有合成的高聚物都源于石油，

通过一系列化学反应合成。

最常见的两种用来

制造高聚物的反应

是加成反应

和缩聚反应。

在加成反应中，

单分子简单的加在一起形成高聚物。

过程从产生一个自由基开始，

自由基是带有一个未成对电子的基团。

自由基攻击其它基团，

断开化学键以形成新键。

这个过程不断重复，

逐渐形成了长链高聚物。

在缩聚反应中，

小分子比如水分子，

将经过每一个链延伸反应。

第一个合成高聚物

是偶然间创造出来的，

它是几个化学反应的副产物。

那时候许多化学家认为它们没用，

大部分就丢弃了。

直到有个化学家利奥・贝克兰德

认为也许这没用的副产物

并非一无是处。

他研究下去并制造了一种塑料，

可以永久地形成任何一种形状，

只要有足够的压力和高温。

然而这种塑料的名字，

polyoxybenzylmethylenglycolanhydride

太长了，

商人们把它称作贝克莱特（酚醛塑料）。

这种塑料后来制成了电话，

儿童玩具，

以及电子产品的绝缘体。

自从1907年发现了它，

塑料工业发生了爆炸式发展。

另外一种熟悉的高聚物，橡皮泥，

也是偶然发明的。

在第二次世界大战中，

美国十分迫切的需要

合成橡胶来支持军队。

通用电气公司的一队化学家

曾尝试制造，

但最终只得到了一种软黏的油泥。

它并不能作为橡胶的好替代物，

但它的确有一个奇怪的特性：

它的弹性十分优良。

橡皮泥诞生了！

合成高聚物已经改变了整个世界。

想想看，

你能想象有这么一天

不使用任何塑料吗？

但不是所有高聚物都是好的。

举个例子，泡沫塑料主要由苯乙烯合成，

而苯乙烯被环保部认定为一种潜在致癌物。

随着泡沫塑料的生产，

它们缓慢的使得土壤和海水恶化，

它们会释放苯乙烯到环境中。

此外，塑料由加聚反应产生，

比如泡沫塑料，

塑料袋，

聚氯乙烯材料，

它们能长久保存且不污染食物。

但这同样意味着它们在自然环境中

不会自行分解。

每年成千上万吨的塑料

被丢弃到土壤中。

这些塑料不会生物降解，

它们只会分解成

较小的碎片，

影响海洋生物，

最终伤害到人类。

高聚物可软可硬，

可湿软可坚固，

可脆弱可强硬。

这些巨大的差异

意味着它们能形成

极其广泛的不同种物质，

从DNA

到尼龙丝袜，

高聚物十分重要，

以至于我们每天都十分依赖。

但有些正在污染

我们的海洋，城市，以及水源，

最终威胁到我们的健康。

而这一点我们才刚刚理解。