龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 分子美学探析 作者：李京昊 来源：《学园》2014年第14期 【摘 要】科学美学是运用美学理论、观点和方法认识客观现象及规律内容美的一门综合性学科。传统美学研究的内容集中表现在自然界的形式美；表现自然界内在规律的内容美则是科学美学研究的对象。本文从美学的角度探析了分子组成、结构和转化规律的形式美和内容美，揭示了分子世界中的和谐与秩序。 【关键词】分子 美学 对称美 均衡美 和谐美 【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）14-0072-02 化学作为一门基础自然科学，是从分子水平上研究自然界物质存在、运动和变化规律的学科。初识化学，本人就被化学世界的神奇和化合物分子的优美、奇异所吸引，继而尝试涉足化合物分子的审美价值研究。本文从美学的角度探析了分子组成、结构和转化规律的形式美和内容美，揭示了分子世界中的和谐与秩序。 一 分子结构的对称美 对称泛指两个以上的事物或一个事物的诸方面在数量上相当或相等，在内涵上相对或相近。分子对称性是构成分子的原子个数及在三维空间的排列方式顺序，以某个点、某个线或某个面为分界，其诸方面相对和相向的特性。对称性是许多化合物分子广泛存在的一种美学属性。如图1的十二面体是一个典型的柏拉图式分子。它是由12个五元碳环组成，有20个完全相向的甲川基，20个氢原子全部在多面体的外围。每个碳原子均以SP杂化，保持理想的四面体特性。所以十二面体具有高度的I对称。化学结构如此复杂的分子是较为罕见的。表面上观察此分子只有12个五元碳环，如果换一种方式计算十二面体的碳环数，则具有1188个。 图2至图9是几种分子结构的对称美、统一美的集中体现。图2分子的设计者把二维空间结构引渡到三维空间，以三维空间结构的美感唤起欣赏者的思想共鸣。图4利用视觉空间的架构，体现出结构的美感，又“提把”部分的勾勒，使整个分子结构处在匀称之中而显现出一种奇异美。图7分子的三个三角形骨架并置于一个底边上，使其共同方面突出出来，从而大大增强了视觉对三角形这一特殊张力的敏感性。 图2 图3 图4 图5 图6 图7 图8 图9 图10是二茂铁分子的化学结构。也许欣赏者见到如此模样的分子，会想起夹心面包的美味。此分子具有交叉对称美的特点，二价铁离子上下方位的两个环戊二烯五元碳环呈对角均龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 称。两个环与铁离子之间的组合过程使整个二茂铁分子具有芳香性，它不仅给人们一种镇静自如、疏密和谐的感觉，更突出铁离子“肩挑两副重担”的均衡美。 二 分子结构的奇异美 奇异性和奇特性是唤起人们美感的一个重要因素。大自然的绚丽多彩正是具有奇妙结构和奇异功能的基因——DNA分子创造出来的。 图10 图11 图11是DNA分子的双螺旋结构模型。DNA分子是传递遗传信息的基本物质。生物界生命现象起源也在于此。DNA分子是由腺嘌呤（A）、胸腺嘌呤（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）以磷酸二酯键连接起来的生物大分子。这四种碱基和谐的交替排列和整齐的互补结合构成了DNA分子传递各种遗传信息的奇妙功能。从结构模型外观看，多核苷酸链的走向取决于核苷酸间磷酸二酯链连的走向，两条链之间靠四种核苷酸A J和C间的氢链相连合，形成了反向平行的双螺旋结构，盘旋向上。它充分显示了DNA分子的奇异美。现代科学家还发现DNA分子宏观形态的奇异美。 图12是DNA分子链的电键照片。我们从中可以发现，DNA分子链之间不是靠化学键相连在一起的，而是分子链之间相互缠绕，DNA分子链的缠绕具有拓扑特性。DNA分子中四种碱基以磷酸二酯键相连，相互之间又以氢键配合，构成了其分子结构的刚性美，而DNA分子链缠绕的拓扑特性反映了它的柔性美。正是DNA分子刚柔相济的特性对生命过程是极为重要的。也正是DNA分子结构的奇巧，才使大自然造化之错综复杂、奇异多彩。 三 分子结构的均衡美 一个结构相对稳定的分子本身无不体现着原子之间各种力的平衡，电荷的均分。分子不是一个僵死的实体，反而在其内部存在着原子的各种运动：平动、转动、振动、摇动等，还有电子围绕原子核的高速旋转。这些运动方式又局限在一定范围内，使分子能保持一个确定的尺寸和形态，这种分子中力和电荷的均衡美一旦被破坏，其本身也将发生化学变化，产生新的分子，又重新建立新的分子结构均衡状态。苯分子是具有均衡美的代表，它是6个碳原子首尾相连的环状分子，每个碳原子上各连接一个氢原子。全分子的12个 原子均处于一个平面上，充分显示对称美、严整和庄严，体现着平面上的均衡美。通常教科书上的苯分子结构模型，并未反映苯分子结构的均衡美。碳原子之间，由于苯分子的共振效应，不存在单双键之分，而是处于浑然一体的状态。因为苯分子不具有碳碳双键典型的加成反应性质。在亲电取代反应中，6个碳原子上的氢原子被取代的几率是相等的。若是苯分子上的任何一个氢原子被其他原子或基团所取代，那么苯分子结构内部的各种力和电荷的均衡状态即被打破，产生分子极化现象，从而不能再具有类似苯分子的均衡美特性。 图12 图13 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/dbdbbf81d2f34693daef5ef7ba0d4a7302766c31.html