《分子智能化猜想--超分子化学与化学信息论》所讨论的问题是属于21世纪科学难题之一——分子智能化！编者宋心琦、周福添以分子概念的发展过程为背景，循着化学与物理学的发展轨迹，以深入浅出的方式介绍了化学中的最新话题——分子智能化。着重介绍了莱恩等人提出的有关分子识别、化学反应智能化和化学信息论的主要内容，并从这个独特的视角，展开了对化学发展方向的讨论，对分子识别和分子机器理论提出了疑问。

宋心琦、周福添所著的《分子智能化猜想--超分子化学与化学信息论》以分子概念的发展过程为背景，循着化学与物理学的发展轨迹，以深入浅出的方式介绍了化学中的最新话题——分子智能化。着重介绍了莱恩等人提出的有关分子识别、化学反应智能化和化学信息论的主要内容，并从这个独特的视角，展开了对化学发展方向的讨论，对分子识别和分子机器理论提出了疑问。

《分子智能化猜想--超分子化学与化学信息论》所讨论的问题虽然属于21世纪科学难题之一，但是通过通俗易懂的比喻和生动细致的叙述，读者可以抓住问题的本质和关键之处，应当具有激活青年读者创新意识的作用。

前言

1 分子概念的“难产”和“后遗症”

 1.1 被冷落了半个世纪的“分子论”

 1.2 今天的认识

2 分子的“诞生”和“发展”

 2.1 分子并非自古就有的

 2.2 宇宙中最早的分子——氢和氦

 2.3 氢和氦是其他元素之母

3 化学家眼中的分子

 3.1 分子模型和“活的”分子

 3.2 化学键的虚虚实实

 3.3 分子的振动和振动模式

4 分子的“静”和“动”

 4.1 分子的性质只由电子决定吗

 4.2 分子间的相互作用

 4.3 分子对光的“吐纳”

 4.4 分子的激发态和分子调控

5 化学反应中的分子

 5.1 化学反应的势能曲线

 5.2 物理学方法的遗漏

6 关于中问体

 6.1 产生中间体的方法

 6.2 自由基和磁性

7 分子的聚集和超分子

 7.1 分子的聚集和聚集的分子

 7.2 超分子=分子+分子?

8 超分子也是化合物

 8.1 粗糙的锁钥模型

 8.2 超分子体系与分子识别

 8.3 空间匹配原则

 8.4 电性匹配原则

9 超分子器件

 9.1 超分子器件的设计原理

 9.2 有趣的功能超分子体系设计

10 质疑和思考

 10.1 质疑“分子识别”概念

 10.2 分子机器理论的再质疑

 10.3 化学亲和力概念的“重新审视”

11 分子智能化猜想

 11.1 问题的提出

 11.2 呼之欲出的“化学信息论”

 11.3 鲍林电负性标的启示

 11.4 关于莱恩所提化学信息概念的思考

 11.5 有待解决的问题

寄语青年读者

距今150亿年的一次大爆炸，是诞生宇宙的“母亲”，这是现在颇为流行的一种关于宇宙起源的学说。它的依据是高空杂波中存在着的一直困扰着物理学家的所谓“剩余杂音”。现在认为它的主体是大爆炸产生的火球的残余，发现这个关系的两位物理学家还因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。

宇宙最初诞生时，是一个温度高达1000亿摄氏度的超高温世界。在这个温度下，光和其他物质的存在状态是不可分辨的，正是因为这个原因才酿成了一次大爆炸。爆炸使得宇宙迅速膨胀，温度则急剧下降。这个过程经历了约10万年，在此过程中，宇宙不断发光，并伴随着质子和a粒子捕获自由电子的过程，从而产生了氢原子和氦原子(这两种元素在周期表中构成第一周期)。同时由于温度的下降，光的亮度骤然变弱，宇宙逐渐地变得清澈透明，这和我国古代流传的“混沌初开”的说法，颇有相似之处。据估算，这时宇宙中的氢原子和氦原子加在一起，每立方厘米不过1万个左右(约等于现在地球外大气中的原子密度的一千亿分之一的水平)，宇宙的温度大约为500℃。

宇宙不断地因膨胀而冷却，这时原子间的相互作用虽然还很弱，但是密度不同的原子“团簇”因为受到的重力作用不同，开始发生“分化”，密度大的区域内的团簇内部的原子聚集得越来越紧密，形成了至今仍然可以观察到的银河。当重力超过斥力时，便形成了质量密度较大的星球。根据宇宙学家的推算，这个过程大约用了1亿年左右。

重力使原子团簇的密度继续增大，原子间的无规则碰撞的频率急剧上升，由氢原子结合成为氢分子的条件已基本具备，但是如果没有“第三者”及时地把氢原子形成分子时放出的能量移走，暂时结合在一起的氢原子仍然会无拘束地重新变为自由原子。读者不难想到，团簇中的其他氢原子或氦原子应当可以起到“第三者”的作用，当两个氢原子相互碰撞在一起的时候，同时第三个原子适逢其会也来到它们的身边，这时相互碰撞的两个氢原子才具备形成氢分子的充分而且必要的条件，于是才有了氢分子。所以现在认为，氢分子是宇宙中出现的第一种由原子结合而成的分子。其实氦原子本身也就是分子，属于单原子分子，可是因为它的化学性质极不活泼，所以从化学的角度来研究问题时，人们更加偏爱氢分子。

原子通常被设想为球形，球形原子的运动方式相对要简单一些。除去平移运动外，围绕着通过球心的任何直径所作的旋转运动实际上都是等同的，亦即可以不必考虑。但是由两个球形原子结合而成的双原子分子如H2就不同了，除去原子间的化学键为转轴时仍然保持着上面讲到过的特点外，还应当具有整个分子绕着重心所作的旋转，和两个原子沿着与化学键重合的轴线发生的伸缩运动。不难想到，当分子中的原子数增大时，分子的运动模式将会迅速增加。氢分子的运动模式虽然简单，但是和星球的生成与构成化学反应的先决条件却关系甚大。我国有一句古话“牵一发而动全身”，拿来描绘分子中原子的振动所能产生的影响，是颇为神似的。

原子和分子云密度升高到一定程度之后，频繁的碰撞和分子固有的振动及转动运动汇合在一起，分子的能量在不断地交换的过程中起伏着，这时所吸收和释放的能量大致在微波和红外波段。由于同类分子所产生的共振吸收特别强，致使能量基本上被“封闭”在分子团簇之中，因而团簇在重力作用下不断收缩的过程中，温度反而不断升高。当温度达到5000℃左右时，氢分子再度变为氢原子，而且氢原子对核外电子的约束能力也微乎其微。团簇的组成这时变得十分复杂，有氢分子、氢原子、质子(氢的原子核)和自由电子，分分合合达数百年之久，中心部分的温度可能超过10万摄氏度的量级。当重力达到平衡时，原始的星球就这样诞生了，不过星球的内部仍然保持着高温和多种微粒并存的状态。P6-9

由中国化学会和湖南教育出版社共同组织、约请著名化学家撰写的《走近化学》丛书，是我国近年来为满足青少年读者了解化学和学习化学的需要而出版的一套科普丛书。其内容覆盖面之广，作者阵容之强，是多年来罕见的。丛书的选题不仅紧密结合科学技术发展的实际，更着重于作者和读者之间思想和体会的交流。加以文字流畅，内容新颖并富有趣味，我相信它必将成为广大青少年的良师益友。对于有志于从事科学技术工作的青少年，则更有启迪和激励的作用。

21世纪即将来临，目前尚处于发展中国家之列的中国，在未来几十年里世界高新科技的发展与竞争中，将面临极其严峻的挑战。化学不仅会和其他学科一样，保持着自20世纪50年代以来的迅猛发展势头，而且和生命、信息、材料与环境等科技领域的相互渗透也会日益深入。了解化学和应用化学的水平将对社会生产力的发展和人民生活质量的提高起着关键的作用，化学基础知识也将成为充实新世纪公民基本素质的重要内容之一。因此，《走近化学》丛书的问世所起到的积极作用，一定会得到社会各界的支持和肯定，也一定会受到广大青少年读者的欢迎。

《走近化学》丛书涉及现代化学的多个侧面，介绍了人们在这些领域内的最新成就，反映了作者对该领域未来发展的精辟见解。它将有利于广大青少年读者开阔视野，激起他们对科学技术的兴趣，提高他们对科学技术推动社会发展的重要作用的认识。对于有志于从事科学技术工作的青少年读者则更能起到启蒙的作用。当然，科学技术事业的发展，要依靠千百万科学技术人员的辛勤劳动与杰出科学家的殚精竭虑和艰苦实践，不可能一蹴而就。我们应当由丛书中所展示的前辈科学家所经历过的失败与成功的史实中吸取经验，以增强我们积极参与国际科学技术领域竞争的信心和力量。

光阴荏苒，岁月蹉跎，在新的世纪里，振兴中华、造福人类的历史责任已无可推卸地落在今天青少年一代的肩上。年轻的朋友们，先进的科学技术像明日的朝阳一样，将由你们用双手高高托起!

1997年9月