Walking

铁也好，塑料也好，都是在说固体。那么液体如何呢？似乎没见过哪滴液体能够随着纸下面的磁铁运动的。在我们的印象中，液体都是不能被磁化的，所以也不能够 被磁石吸引。事实上，常见液体的磁化率都很低。假如能制成磁化率足够高的液体，那么它会不会被吸到永磁体上，把永磁体弄湿，还抹不干净（有点像粘了细铁粉 的永磁铁）？隔着塑料纸，能不能用一个永磁体引导纸上的液滴运动？

详见：http://youth.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=200227

在有机化学的教科书和文献中充斥着德国人的名字，例如在那厚厚的一本“人名反应”里。李比希（Justus von Liebig）、本生（Robert Wihelm Bunsen）、埃伦迈尔（Emil Erlenmeyer）、柯尔柏（Adolph Wilhelm Hermann Kolbe）、拜尔( Adolf von Baeyer）, 凯库勒(Friedrich August Kekulé）、 霍夫曼（August Wilhelm von Hofmann）等人开枝散叶，派生至今天大部分英语国家的化学研究人员，他们的名字自然更多地得到了“传唱”。但我们是否会忽视俄罗斯化学家在化学史中的地位？当然，大家都知道门捷列夫，学习有机化学的也不会不知道查依采夫（Saytzeff）规则、马氏规则（Markovniko）、甚至法伏尔斯基重排(Favorskii) 或者泽林斯基（Zelinsky）-斯塔德尼可夫(Stadnikoff）合成法。 但可能相当一部分人可能会以为Belstein（Belstein有机化学手册）、Kishner（有个Wolff-Kishner-黄鸣龙反应）还有Wagner（有个Wagner-Meer-wein重排）是德国名字，毕竟“长”得的确很像。

更加说明问题的应该是学术期刊和实验室。现在大家经常查阅的化学文献基本上都来自英国、德国和美国。英国的皇家化学学院和美国的化学学会旗下的期刊就已经很有代表性了，至于德国期刊大家应该会知道影响因子居高不下的Angewandte Chemie。其实现在叫European Journal of Inorganic Chemistry实际上就是以前的Chemische Berichte，老德国化学期刊还有还有Liebigs Annalen等等。说到这个李比希——Liebig，还不得不提到他首创的公共实验室以及相应的理论加实验的化学教育理念（这在今天看来简直是不言而喻的），很多著名化学家学生时期都在Liebigs的实验室干过活。学术期刊和实验室，是近代化学体制的两个重要方面。

右图：第一届俄罗斯自然学家和物理学家（这个翻译只是字面，并不是当时的意义）大会于1868年1月在圣彼德堡举行，图为当时的成员。这次会议做出了一个重要决定——成立俄罗斯化学学会。图中以从左到右的顺序，站立的一排依次是Vreden, F. R.、Lachinov, P.A.、Schmidt, G. A.、Shuliachenko, A. P.、Borodin, A. P.、Menshutkin, N. A.、Sokovnin, N.、Beilstein, F. F.、Lisenko, K. I.、Mendeleev, D. I.、Savchenkov, F. N.；坐着的依次是Richter, V. Y.、Kovalevskii, S. I.、Nechaev, N. P.、Markovnikov, V. V.、Voskresenskii, A. A.、Il’enkov, P. A.、Alekseev, P. P.、Engel’gardt, A. H.。其中大家可能会认识的都划了线。这其中许多是在西欧留过学的年轻科学家，有的名字会在下文中提到。

俄罗斯的近代化学发展，一般介绍的较少，我找到了一些资料，看了一下还挺有收获。我向大家推荐这一个：N. Brooks; Russian Chemistry in the 1850s: A failed Attempt at Institutionalization; Annals of Science 1995, 52, 577-589。这篇文章关注的是只是俄罗斯化学起步阶段的一个小插曲：N. N. Sokolov和A. N. Engel’gardt创办了当时第一个公共实验室和摆书店里公开销售的化学期刊，并视实验室和学术期刊为学科近代体制化（institutionalization）的某种象征。然而这两位年轻化学家创办的实验室和期刊因为现实的原因，只维持了三年，但却哺育了一大部分新一代的年轻化学家。这段小历史所折射的，恰恰是俄罗斯化学发展的一个起飞阶段。有趣的是这段历史跟我国现在的状况有很多类似之处，可以说是相映成趣。

历史上国立科学院的成立往往可以作为一个国家科学发展的近代化的标志。彼德大帝在临终前创办了俄罗斯的国立的科学院Imperial Russian Academy of Sciences。但是一开始科学院里的学者主要是德国或西欧其他国家人。俄罗斯本土近代化学的起步，靠的是一批出国留学的年轻一代，有点类似我们中国人说的“海归”，尽管从俄罗斯到西欧不用过海。我国第一个留学生是容闳，俄罗斯的类似角色是Nikolai Zinin（是他最先发现了用硫化氢把硝基苯还原成苯胺的反应，这个待会还会提到）。N. Zinin在国内已经拿到了kandidat学位（相当于今天的硕士与博士之间的水平），并在喀山大学教化学。为了弥补他与他所要教学任务不相称的化学知识，他被派往西欧向当时的著名化学家学习进修。其中就包括在吉森大学的Liebig实验室学习过，凭靠这段国外的经验，他回国后以优异的成绩获得了最高学位Dr. Khim.。受这一成功的案例的启示，一大批年轻化学家相继出国留学，这里面的就包括Butlerov（师从Erlenmeyer、Kekulé和Wurtz）、Borodin、Mendeleev（就是门捷列夫，这两个人去了法国和意大利）、Menshutkin（师从Strecker、Kolbde和Wurtz）。随后出国的的有机化学家就还有Zaitsev（师从Kolbe和Wurtz）、Markovnikov（就是马氏规则那个人，师从Kolbe）、Zelinskii（就是泽林斯基，师从Kolbe和Wurtz和Meyer）等等。自然，这些现在很眼熟的名字，当时回国后马上成为了俄罗斯近代化学发展的中坚力量。他们学习了当时最前沿的理论、当时最先进的实验室干过活，更重要的是学习了从事研究的方法学。他们把这些理论、实验室制度和研究能力带回了俄罗斯，使得俄罗斯的高等化学能够独立地在国内延续和发展。

这些历史背景并没有在前面推荐的文章里明显介绍，该篇文章主要关注的是N. N. Sokolov和A. N. Engel’gardt在俄罗斯创办实验室和化学期刊的前前后后。Sokolov在Liebig实验室待过，因此他抱着极大的热情，希望能在俄罗斯办一个像Liebig那样的实验室。而在当时，俄罗斯只要极个别的化学实验室都在大学里面，房间破料，设备陈旧。化学家Borodin回忆说：

由于Engel’gardt家境富裕，他们新建立的实验室购置了一些新设备。这个开放实验室接受过P. P. Alekseev、V. V. Bek、A. A. Verigo、还有上面说的抱怨原来实验室差劲的Borodin等大量年轻化学家或者化学学生。有了这么一个忙碌的实验室，自然要找个地方发表实验结果。于是Sokolov和Engel’gardt就创办了一个叫Khimicheskii zhurnal（对应的英文就是Chemistry Journal）的化学期刊，并自任编辑。就该期刊的定位，他们说：

同时，这个期刊除了收录俄罗斯化学家的原创工作之外，还会选登一些国外化学论文的摘要，尽量能够翻译成俄文。为了实现传播化学科学的宗旨，这个Khimicheskii zhurnal期刊，可以在书店里购买到，而当时的学术期刊都是很小众的产物，只在编辑的办公室里卖，而且要先加入预订的名单中。

前段时间，科学网博客社区之中曾经掀起过一场关于“创办我国自己的高档次期刊”的讨论，所围绕的问题无非是我国的母语——中文与国际默认的交流语言——英语之间的矛盾，以及中文期刊的受关注程度、引用率等问题。以上关于N. N. Sokolov和A. N. Engel’gardt创办期刊的故事至少可以告诉我们几条经验，在语言上立足母语，同时花费专门的精力引介和翻译国外优秀工作；同时要积极主动地推广。

上图：门捷列夫手迹。

同时俄罗斯在十九世纪的近代化学发展也印证了科技落后国家为什么要重视吸引和善待留学人员，也清晰地说明了留学人员的价值到底是什么——将国外先进的科研和培养理念引进国内。现在我国已经有很多“重点实验室”，它们的占地面积和仪器设备都能达到世界一流的水平，但是管理理念和培养效果差强人意。当然，一下子将国外实验室的严格高要求直接复制到中国是不可能的，不要说一下子不可能，由于国内研究生和国外研究生的种种差别，这样的引入既不可能是直接复制，也不可能一蹴而就。但是最主要的问题是当前我国的制度和学术环境还有各种各样不必要的甚至是无中生有的制肘，愚蠢的行政干预到处可见，离“学者治学”理想状态还很远，这样一方面吸引不了真正有水平和抱负的人才回国，回了国的人才也发挥不了他们的潜力。俄罗斯从Zinnin第一个出国留学到二十世纪初本国化学家百花齐放的状况之间大概半个世纪。在二十一世纪的今天，科学对社会的重要作用早就是不言而喻的事实，我们国家的化学发展到出现如门捷列夫那样的世界大师，再花五十年够不够呢？

Percolation, Fractal, and Physical Gelation

Date:

Wednesday, 17 Sep tember 2008 - 16:28 UTC

The fractal dimension of the percolation by invasion cluster at the percolation threshold is 91/48=1.89
Author: Alexis Monnerot-Dumaine; Source: Wikipedia.org

Since 7th this month I have become a PhD candidate, after graduated from Master in June (In China it is possible and prevailing one graduate from a Master and go on PhD under a different supervisor). My new project will be quite theoretically tuned which I am not familiar with at all. I have to make a plan for the initial literature review, which could be a project itself, by setting a logical framework of questions to answer.

The core key word of my project is physical gelation. Gelation is the process of gelling, from a sol to a gel. Eggs gel when heating for example. But in contrast to eggs, physical gelation is reversible. After randomly reading several papers of this field I can make the following statement:

Chemical (irreversible) gelation has been described with multiple models/theories from the classical Flory-Stockmayer to the most recent ones. All these theories in fact belong to percolation models differing in minor but decisive aspects, while a universal scaling relationship is observed in all these theories and therefore a fractal/self-similar structure in gelling is implied. Whereas the development of the gelation theories agree quite well now with experiments regarding chemical gelation, physcial (reversible) gelation, because of significantly different nature of crosslinking, is still questionable while these theories are applied.

This understanding of the current state of study is obvious not embodied enough to ask my own question. I need to answer, by reviewing papers and referring to books, the following questions:

The ‘What’ questions: What’s percolation? What’s fractal? What’s self-similarity? What’s the fractal structure in gel?

The ‘How’ questions: How many different percolation theories are there (major ones)? How these theories coincidentally come to a scaling law? How physical gel differ from chemical gel THEORETICALLY, so that it deviates from the prediction of current theories? How does the fractal structure grow when gelling, as predicted by a percolation theory? How different gelling mechanisms differ in geometric growth of fractal structural, so that agreements are met with different percolation theories?

One general questions: Can I observed the fractal structure by microscope?

To answer these questions I decide to start from experiment, as all science practice do. After reading a large number of experimental works I should be clear what phenomena are actually observed (maybe of several classes) and decide the most agreeing theories to learn in order to save time. By comparing the experimental results and the prediction of the theories in the literature I may find some problems existing in there. I guess problems may lie in the complex nature of physical crosslinking, which differs largely among different macromolecular systems. So I may design and synthesize a specific model macromolecule for experiment that can hopefully answer the currently unsolved question from a new and valuable aspect. Finally it will very interesting if I can figure out a method to directly watch the growth of fractal structure during gelling by microscope and compared with the pictures of those pure mathematical simulation, or in other words add another paint to the gallery of naturally occurring fractal, among many others such as ferns, mountains, cauliflower, and aveoli of the lungs. However this relies on comprehensive understanding of fractal geometry and is too early to say now.

Run percolation in you browser and watch the growth of fractal patterns

三聚氰胺是个明星分子了，不是因为它在Angew. Chem. Int. Ed.封面秀过，而是因为它引发了中国出口食口安全的全球性关注——那年，中国饲料毒死了美国猫猫，就是加了这玩意儿。

当时我厚脸无耻地以一个chemist自居地去看了好多报道，特别记得在有一篇报道中很多饲料厂的人都说多新鲜啊加这玩意儿有什么奇怪的——都加的啊！

三聚氰胺的最初牺牲者是美国猫猫而不是中国农民这一点我一直不知道应该引以为豪还是引以为耻……

加这虾米胺的动机好像没别的，都是为了提高产品的含氮量。这一点我非常困惑，是不是现在的生物化学和分析化学仍然处于这么落后的水平吗？测量产品的 蛋白质含量还是用古老的定氮法吗？蛋白质含量能跟含氮量等同吗？起码应该搞个screening或者生物芯片什么的啊。肽链能不能PCR的？PCR一下 label一下都比定氮要强吧？有没有做质检的人跟我讲一下呢？照我这个伪化学家的理解，这种方法土到无以复加的地步了。

不过也是，土就土呗，干嘛要改进？改进了好多人就没钱入口袋了。大把人希望它土下去，永远地土下去……