分子美学探析

　　【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

　　图13是球芳烃的分子结构，它是一个完美对称的分子。在此分子中由子球面而产生的曲率张力得到最完美均衡的分子。一般来说，类似于十二面体的柏拉图式球芳烃的张力总是集中在五元环的顶角上。分子尺寸的大小决定了其能否存在的可能性。十二面体分子的张力极大，显得很不稳定，只有当每个带上都连上一个氢原子，分子内的曲率张力得到缓解，C2OH2O分子才能存在。而球芳烃具有明显的芳香性特征，它具有12500个共振式。

　　四 分子结构的和谐美

　　和谐是事物或现象诸多方面的协调统一，是一切美的事物的基本特征之一。罗丹说：“美即和谐。”在分子世界中，和谐美体现在分子结构的多个方面和不同的层次：分子中原子组成比例和排列方式秩序的和谐；分子的相对稳定性和可变的化学反应性的和谐；高聚物分子的有序和无序，刚性与柔性的和谐；人工合成的超分子的主体和客体的和谐；分子反应过程中过渡态的虚与实的和谐等，都是分子和谐的完美体现。

　　DNA分子顺其双螺旋结构方向每相隔34埃，四种碱基的排列顺序则重复一次，整个分子结构就像一首优美的音乐，有其和谐的节奏美感。日本学者大野乾等人，曾用胰岛素受体β链的部分碱基排列顺序配成乐谱，旋律与肖邦的《葬礼进行曲》非常相似，好像在向人们讲述自己遭遇的不幸和对整个宇宙的无限深情。

　　分子结构的和谐美是分子结构对称美、均衡美、节奏整齐美学特征的集中体现。分子结构的和谐美是分子美学形式的最高范畴。以上从几个方面阐述分子美学的审美构成。无论诸位还有几多困惑，试图否认分子美学属性，只能是徒劳无益的。我们应突破传统美学的束缚，用科学和发展的眼光去审视分子的审美价值。分子作为一种的科学艺术品，它不仅体现物质世界的真，也体现了大自然的善与美，同时也体现了人类认识自然、改造自然和创造自期刊网然的智慧和力量。