互动科普

既然原子的组合（分子）可以分解为单原子，而单原子在正常情况下又必须与其他的原子或原子团结合，那么，要创造原子之间的接触机会和环境条件，某些特定的原子就可以自然界不曾存在的组合结合在一起，生成自然界中不曾有过的物质。

实际上，自然界的物质大部分是以化合物的形式存在，单质存在的物质很少，尤其是大部分金属。比如我们最常用的不算太活泼的铁、铝等金属，自然界中很少有单质存在，一般通过高温冶炼方法获得。如果这些不算人造物质的话，像氮化硅这样的物质则是自然界根本不存在的，是纯粹人造的物质。

在元素周期表中两边的元素容易相互间形成化合物，而中间的元素之间由于化合价不多也不少，如碳、氮、硅、磷等很难形成自然的化合物，像氮化硅这样的化合物往往会有着特殊的性质。比如氮化硅陶瓷不易传热、耐高温，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提高热效率。再如像类似金刚石的碳化硅（SiC）自然界中也几乎不存在，但它有硬度大、耐高温等性质，在工业中有多种用途。

人造物质最多的是有机物，有机物本来就有很多种，分子结构稍加改变就会显示出不同的性质，因此在材料、制药等领域大量应用。例如聚合物就是人工制造的大分子，有着广泛的应用。

 高分子聚合物的形成过程

1. 利用空出一只手的分子拆解开乙烯分子的双键，与乙烯分子结合。2. 重新出现一个空出有一只手的新分子，它靠近另一个乙烯分子，拆解开后者的双键，与之结合。3. 再次出现一个空出有一只手的新分子，它再靠近另一个乙烯分子，拆解开后者的双键，与之结合。4. 继续上述步骤，在形成许多具有一定长度的空出有一只手的分子之后，这些分子彼此再连接起来，反应结束。结果得到有数万乃至数十万原子连接在一起的长链状分子。

据统计，目前世界上有7万多种人造物质，实际上会更多

我们现在使用的能源大部分是化学能，煤炭、石油、天然气燃烧都是与氧反应释放出化学能。这些化石燃料都是有机物，最初它们都是从无机物（主要是二氧化碳和水）通过光合作用“合成”出来的。它们把太阳能“收集”起来以化学能的形式储存在合成出来的有机物中，燃烧的产物是二氧化碳和水，同时把原来“储存”的太阳能释放出来。

化石燃料是地球在几亿年的演化过程中年复一年地积存下来的有机物，但人类却在一两百年里消耗了其中的近一半，剩余的化石燃料估计还能维持人类使用100多年。能源危机已经威胁到人类的可持续发展，人们不禁提出一个问题：化石能源用尽后人类还能用什么能源？

太阳给予我们的光和热是源源不断的，而且用之不尽，只是目前直接大量利用太阳能的手段还不成熟，但利用太阳能是未来解决能源问题的出路之一。而且比较各种可能的解决方案，利用太阳能也是最可能的出路。

在外大气层，太阳紫外线能够把氧气分解为单原子氧，单原子氧很不稳定，几乎再与氧气结合形成臭氧。如何利用太阳能，通过化学的方式把光能储存起来，又是最佳选择。这就要利用光化学，或者模仿植物的光合作用，或者有光参与的其他化学反应，提高原子组合的“能量等级”，比如生产出有机化合物，解决燃料问题，或者如利用光触媒把水分子通过吸收太阳光的能量分解为氢分子和氧分子，如果这个能够实现的话，氢能源时代应该不远了。

光触媒分解水分子

太阳光中蕴含大量的能量，可以把水蒸发，但不能直接分解水分子，当有催化剂存在的情况下，水分子可以吸收来自阳光中的能量，分解为氢气和氧气。二氧化钛（TiO2）是一种常用的光催化剂，也称“光触媒”，主要吸收阳光中的紫外线，促使水分子分解。紫外线在太阳光中占的比例很低，目前正在开发适宜可见光的光触媒。

（本文发表于《科学世界》2011年第11期）