主页

1. 引言 如果你研究过真核生物的早期演化，就一定会注意到这么一类生物：后滴虫（$\text{Metamonads}$）。它真可谓是真核生物中最神秘的类群之一，科学家们为它的身世打了十几年的嘴炮，却依然没有达成共识。但大家都承认，后滴虫的系统发育位置研究极为重要。 之所以这么说，是因为我们相信在这个远古幽灵的身上，潜藏着解开真核生物早期演化之谜的钥匙。 （上图：披发虫（$Trichonympha$），属副基体门披发虫纲，是许多蜚蠊目昆虫的肠道共生虫，帮助它们消化纤维素） （上图：副三鞭虫（$Paratrimastix$），属前轴柱门副三鞭虫目，自由生活于淡水淤泥之中） （上图：阴道滴虫（$T.vaginalis$），著名的人类寄生虫，依靠性行为传播，属副基体门毛...

所谓化学······乃通过组合那些平平无奇的物质，创造出惊为天人的奇迹。 ——【英】波义耳（存疑），近代化学奠基人，$1627-1691$ 引言 化学中最为纯粹、朴素的美，并不来自神奇的微观结构、复杂而精密的计算，或者各种令人眼前一亮的理论，而是来自于物质本身的绚丽色彩。或许在很久以后，脑海中那些曾滚瓜烂熟的知识都会被逐渐淡忘，但我永远都会记得那天化学课上，老师掏出的那一大块硫酸铜（$\mathrm{CuSO}{\phantom{A}}_4$）晶体给我带来的震撼。 （上图：几大块堪比蓝宝石的硫酸铜晶体，图片来源：@H2元素实验室） 渐渐地，随着知识越学越深，这种神秘的蓝色终究是成为了脑海中的理所当然，最初的那种感觉也便荡然无存了。但是，利用这些知识，我们便可以制得更多美丽的物质，进而弥补这种缺憾。 于是，...

引言 热力学的确是一门很神奇的学科。从亿万年前动物的远祖进化出冷热感知，到远古时代人类与火的邂逅，到文艺复兴之后燃素说、热质说的兴起与崩溃，再到经典热力学大厦的落成，最后到非平衡态热力学如同新星般冉冉升起，热力学始终陪伴着人类的历史。虽然在名义上是物理学的分支，但它的触角早已遍布科学的各个领域。诸如传热学、化学热力学之类的学科都不过是这个庞大帝国的一方诸侯罢了。 在互联网如此发达的今天，热力学中的许多概念已经深入人心。能量守恒早已成为所有人的常识（一些民科除外），更别提那个常年在各路科普中叱咤风云的“熵”，还有在各种科幻作品中反复提及的“宇宙热寂”。它们到底是什么？有人由此断言人类文明，甚至是整个宇宙都终将灭亡；但也有人说，生命因为熵增而产生。这些论断究竟可不可信？ 在这篇文章中...

1.引言 提起“毒”这个字，你首先想到的是什么？是砒霜（化学名三氧化二砷，$\mathrm{As}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$）、氰化钾（$\mathrm{KCN}$）还是硫酸亚铊（$\mathrm{Tl}{\phantom{A}}_2\mathrm{SO}{\phantom{A}}_4$）？古往今来，这些化学毒物在各种谋财害命的事件中都扮演着重要的角色，令人谈之色变。 （上图：$\mathrm{As}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ 在常温下的二聚结构 $\mathrm{As}{\phantom{A}}_4\mathrm{O}{\phantom{A}}_6$，与对应的磷化合物类似） 上述三种毒药中，最毒的当属氰化钾，大约 $6mg/kg$ 就可以置人于死地。理所当然的，它们被归入了“剧毒物质”。但是，随着研究的推进，人们发现还有许多物质的毒性凌驾于其之上。于是，科学家们在“剧毒”之上又加了一个新等级：极毒物质。 想要成为极毒物质，标准自然是很高的——必须达到口服 $5mg/kg$ 致死（注射、皮肤吸...

谨以此文，纪念维生素B12被人类发现90周年。 注：如果本文中有任何错误或疏漏，请务必联系作者或在评论中写出。不胜感谢！ 1.前情提要 维生素B12（$\text{Vitamin~B12}$，又名钴胺素，缩写 $\text{VB12}$），这种物质（其实严格来说是一类物质）如今早已家喻户晓。作为唯一一种含有金属元素的维生素，其中心的 $Co$ 原子赋予了它鲜红的色彩，也让它有了一个别称：红色维生素。 巧合的是，鲜红的维生素B12最重要的作用之一，就是为我们的身体制造鲜红的血液。具体来说，维生素B12是一种辅酶，参与红细胞的制造与成熟，也参与某些氨基酸（如蛋氨酸）和胸腺嘧啶在体内的合成。总之，它在人体内发挥着非常重要的作用，是维持正常代谢和机能不可或缺的物质。 同时，维生素...

引言 作为碳（$\mathrm{C}$）在周期表中的同族元素，$14$ 号元素硅（$\mathrm{Si}$）一直吸引着人类这种充满好奇心的碳基生物的视线。作为地壳中含量第二高的元素，硅氧化物和硅酸盐体系凭借其极致的复杂多变和极端的稳定性，构建起了我们脚下的这片大地，也给今天的我们留下了无数的难题。 （上图：$Si$ 元素在周期表中的位置） （上图：一种沸石（属铝硅酸盐）的阴离子局部结构，图中每一条黄线都是 $\mathrm{Si}-\mathrm{O}-\mathrm{Si}$ 的链，部分 $Si$ 被 $Al$ 取代） 同样的事情发生在硅的氢化物——硅烷身上。由于碳氢化合物在有机化学中的地位，硅氢化合物自然也是研究的重点。早期化学家希望用有机化学的方法去合成和研究硅烷，可实践却证明这条路行不通。硅烷与碳烷的性质大相径庭，前者...

谨以此文，纪念“有机合成之父”罗伯特·伯恩斯·伍德沃德（$RobertBurnsWoodward$）逝世四十五周年。 注：如果本文中有任何错误或疏漏，请务必联系作者或在评论中写出。不胜感谢！ 1.前情提要 相信应该没有人不曾听闻过这类被称为叶绿素（$Chlorophyl$）的物质。作为这个星球上光合作用的核心，这类外表看上去毫不起眼的色素支撑起了整个仰赖阳光的生态系统，并在几亿年来一直庇佑着其下的生灵，可谓是生命在进化过程中最伟大的创造之一。 （上图：一大堆叶绿素实物） 而在叶绿素中，最引人注目的当属叶绿素A。作为绝大部分植物光合作用的作用中心色素，叶绿素A分子是将光能转化为化学能的最重要一环。它的分子结构如下图所示，具有一个标志性的卟啉环，中心还有一个配位的 $Mg...

引言 烷，这个字最初被赋予给了饱和碳氢化合物。任何了解有机化学的人都知道，它们的结构可以多么复杂多变，令人叹为观止。 但随着化学不断向前发展，人们逐渐发现，这项技术似乎也并不是碳的专利。先是各种高级硅烷和它们的衍生物，尽管 $Si-Si$ 键比 $C-C$ 键弱，硅原子自相结合成链的能力也比碳弱得多（至今在化合物中最长的确认的 $Si$ 链长度也只有 $14$，存在于 $\mathrm{Si}{\phantom{A}}_{14}\mathrm{F}{\phantom{A}}_{30}$ 中），但这已经证明，作为碳的同族元素，硅元素氢化物的世界可能比我们早先想的更加复杂一些。 （上图：目前被确认的含有最长硅链的硅烷衍生物 $\mathrm{Si}{\phantom{A}}_{14}\mathrm{F}{\phantom{A}}_{30}$） 同样的事情发生在碳左侧的元素——我们今天的主角硼元素的身上。人们很早就合成了最简式为 $\mathrm{BH}{\phantom{A}}_3$ 的硼...