chemistry / substances
物质与材料
水、碳的同素异形体、高分子、金属合金、半导体、氨、玻璃陶瓷、烃、催化剂
13 篇
水
Water
把一杯水放进冰箱，第二天它结成的冰会浮在你新倒的水上。 这件再普通不过的小事，藏着一个对地球生命生死攸关的反常：几乎所有物质冷却时都会收缩、变密、下沉，唯独水在 4°C 以下反而膨胀变轻。
氢键 · 极性分子 · 溶剂
被 3 个领域引用（哲学思想、宇宙学、宇宙物理）
氨
Ammonia
如果要评选一个"养活了最多人类"的化学反应，答案大概率是把氮气和氢气合成氨。 据多项学术估计，今天地球上大约一半人口的食物，依赖由合成氨制成的化肥。换句话说，世界上每两个人里，可能就有一个的身体里的氮，曾经过一座合成氨工厂。
合成氨 · 肥料 · 哈伯法
稀有气体
Noble Gases
夜晚城市里那些发出红光、蓝光、粉光的霓虹招牌，靠的是一类"什么都不想干"的气体。它们极度不爱与别的元素发生反应，懒到几乎自成一族，却恰恰因为这份"惰性"，成了从照明、潜水到医疗与芯片制造里不可替代的角色。 它们就是稀有气体：氦、氖、氩、氪、氙、氡，安静地占据着元素周期表最右侧的一整列。一群"化学上的隐士"，是如何点亮了…
满壳层 · 惰性 · 氦
被 1 个领域引用（宇宙学）
碳的同素异形体
Allotropes of Carbon
铅笔芯能在纸上划出一道黑线，而钻戒上的钻石能划开玻璃、是地球上最硬的天然物质。如果有人告诉你，它们由完全相同的原子构成——纯碳，一个不多一个不少——你大概会觉得不可思议。 可这就是事实。铅笔芯是石墨，钻石是金刚石，二者的元素成分百分之百相同，区别只在于碳原子如何排列、如何彼此连接。
金刚石 · 石墨 · 石墨烯
被 2 个领域引用（宇宙学、数学）
金属与合金
Metals and Alloys
人类的历史阶段，常以金属命名：石器时代之后是青铜时代，再之后是铁器时代。一个文明能造出什么金属，几乎决定了它能造出什么武器、农具、建筑与机器。 有趣的是，被历史铭记的几乎都不是纯金属，而是合金——青铜（铜+锡）、钢（铁+碳）。纯铜太软、纯铁也不够强，真正改变世界的是把不同元素混在一起后那种"1+1>2"的材料。
金属键 · 钢 · 青铜
被 5 个领域引用（工程与技术、人类历史、计算机科学、宇宙学、医学与公共卫生）
半导体材料
Semiconductor Materials
你正用来读这篇文章的设备里，藏着一块指甲盖大小的硅片，上面刻着以亿计的开关。这些开关每秒切换数十亿次，把"开"和"关"翻译成你眼前的文字、图像、视频。整个数字世界——手机、电脑、互联网、人工智能——全都站在这一种材料之上。 它就是半导体，以硅为主角。而硅，不过是沙子里最常见的元素之一。
硅 · 掺杂 · 能带
被 4 个领域引用（宇宙物理、宇宙学、经济学、工程与技术）
玻璃与陶瓷
Glass and Ceramics
你能读到这篇文章，可能正经过一根头发丝粗细的玻璃细丝，它躺在海底或埋在地下，把光信号以接近光速送到你身边。 同样是硅和氧的化合物，几千年前人类把它烧成陶罐盛水，几十年前又把它拉成光纤，撑起了整个互联网。
非晶态 · 硅酸盐 · 光纤
被 4 个领域引用（艺术、计算机科学、宇宙学、工程与技术）
烃类
Hydrocarbons
你今天用过的东西里，有惊人比例的物质曾经是几亿年前的海洋微生物。它们死后沉入海底，在地下被高温高压"焖"了上亿年，变成黑色的石油和无形的天然气。今天我们把它们抽上来，烧掉一部分驱动汽车飞机，把另一部分变成塑料、化纤、药品、化肥的原料。 一句话：远古生命的遗骸，至今还在维持着现代文明的运转。
石油 · 天然气 · 烷烃
蛋白质的化学
The Chemistry of Proteins
你身体里几乎每一件"活儿"都由蛋白质在干。消化食物的是酶（一种蛋白质），运输氧气的是血红蛋白，让肌肉收缩的是肌动蛋白与肌球蛋白，抵御病菌的是抗体。可这数以万计、功能千差万别的分子机器，全部由同一套区区 20 种氨基酸搭建而成。 这就像用 20 个字母写出整座图书馆。蛋白质的化学，本质上是一个关于"如何用有限零件组装出无…
蛋白质 · 氨基酸 · 肽键
被 2 个领域引用（生命科学、医学与公共卫生）
糖类与脂质
Carbohydrates and Lipids
生命要解决两个最基本的问题：从哪里取能量，以及如何把自己和外界隔开。奇妙的是，这两个看似无关的问题，分别由两类有机分子优雅地解决了。 一类是糖类——生命的快速燃料与即时能源；另一类是脂质——既是高密度的能量储备，又是细胞那层把"内"与"外"分开的膜。
糖类 · 脂质 · 葡萄糖
被 2 个领域引用（医学与公共卫生、生命科学）
核酸的化学
The Chemistry of Nucleic Acids
你身体里的每一个细胞，都藏着一份约 30 亿个字符的"说明书"。这份说明书不是用墨水写在纸上，而是用四种化学分子的排列顺序"写"在一条长长的分子链上。 这条链就是 DNA。它既要把海量信息稳稳存住几十年甚至更久，又要在细胞分裂时被精确复制、一字不差地传给下一代。
核酸 · DNA · RNA
被 1 个领域引用（医学与公共卫生）