高分子

巨分子(macromolecule)

一個水分子只有三個原子;一個糖分子也不過幾十個。巨分子則是另一個極端——一個由成千上萬、甚至上百萬個原子全部鍵結成一整條連續結構的單一分子。想像一條迴紋針串成的鏈,有人不停接下去,直到它有一萬個迴紋針那麼長:它仍然是一個相連的物體,只是巨大無比。塑膠、橡膠與纖維正是由這種巨大分子構成,這也是為什麼它們的行為和一般小分子的液體、氣體如此不同。

在高分子裡,這個巨大分子是一條長鏈:一個小單元一再重複,並沿著主鏈以強力的共價鍵接起來。舉例來說,一條聚乙烯鏈就是好幾千個 -CH2- 基團排成一列,分子量達到 10^4 到 10^6 g/mol——對比一下水才 18 g/mol。因為鏈這麼長又柔軟,它不會乖乖地當個小單元;它會盤繞、扭動,並與鄰居糾纏在一起,就像碗裡煮熟的義大利麵。正是這些糾纏加上純粹的長度,才讓材料在室溫下能夠是固體、能拉伸、又堅韌。

巨分子是整個高分子領域的核心觀念:一旦你明白塑膠是一整條巨大糾纏的鏈,而不是一堆微小分開的分子,它的軟化、拉伸性、緩慢潛變,以及不易流動的特性就都開始說得通了。有一點要誠實說明:並非每個巨分子都是合成塑膠。DNA、蛋白質、木材裡的纖維素以及澱粉,都是以同樣方式構成的天然巨分子,所以這個概念遠遠超出塑膠工業的範圍。

一個分子量為 280,000 g/mol 的聚乙烯分子,約含有 2 萬個碳原子串成單一條鏈——若把每個碳放大成 1 cm 的珠子,一個分子就會是一條 200 公尺長的項鍊。

單一條高分子就是一條巨大的鏈,而不是小巧整齊的單元——正是它的長度讓塑膠表現得像塑膠。

不要把塑膠想成像氣體那樣一大群微小分開的分子;它是相對少數幾條巨大鏈糾纏在一起。也不是所有巨分子都是人造的——蛋白質、DNA 與纖維素都是天然的巨分子。

又称
giant molecule大分子polymer molecule