为什么碘遇到淀粉会变成蓝色? ¹

将碘液滴加入淀粉中，它们会立即形成墨水般的蓝黑色。这个经典的显色反应在课堂和实验室中已经出现了无数次。除了在实验中带来乐趣外，碘还可以滴在土豆、种子和经过处理的叶片上，以发现光合作用的产物，或者用来鉴别唾液淀粉酶是否消化了淀粉。

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然而，碘遇到淀粉为什么会变成蓝色呢？如果查找相关解释，大多数会说碘和直链淀粉形成了“包合物”，从而显现出蓝色。还有一些解释会详细说明直链淀粉螺旋卷曲，形成一个“圆筒”，而碘分子填充在其中。但是，这种结构似乎难以想象，我们对于碘和淀粉形成的包合物的结构了解有限。

最近的一项研究无意中为我们提供了更多答案。

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碘原子的链状结构

研究者认为，在淀粉与碘的蓝色复合物中，碘单质不再以普通的分子形式存在，而是一个接一个地连接在一起，形成一条近乎直线的长链。

这种结构特点实际上是在研究另一种吡咯并苝-碘复合物时发现的。研究者们成功地得到了这种物质的针状单晶，并通过X射线衍射法确定了其空间结构。

X射线衍射的结果显示，在这些复合物中，碘原子以近似直线的形式排列在吡咯并苝“盘子”堆成的骨架旁边，构成了一维无限长链。

吡咯并苝-碘的晶体结构

晶体结构数据显示，长链中的碘原子间距在0.3054~0.3174纳米之间，而在碘分子中，两个碘原子之间的距离要短得多（只有0.270纳米）。这个差距表明，在复合物的碘原子长链中并没有独立的碘分子。每15个碘原子构成一个小单元。

那么，这些结论如何与“淀粉-碘”复合物相关呢？拉曼光谱提供了非常特征性的证据。研究者将他们的数据与过去淀粉-碘复合物的光谱数据进行了对比，结果发现二者非常吻合。这间接证明，当淀粉与碘结合时，也会产生类似的长链结构。

寻找更好的光伏材料

了解了碘与淀粉结合的更多细节后，我们可以将其写入教科书，满足更多人的好奇心。但是，研究者们的真正目的是改进有机半导体材料。

苝-碘复合物是一类有机半导体材料，自上世纪60年代以来一直受到研究者的关注。然而，其结构的不确定性影响了进一步的应用。这次研究者在原有材料的基础上进行了改进，制造出了吡咯并苝-碘复合物，并成功确定了其内部结构，并对导电性、相变温度等性质进行了测定。这些信息将帮助科学家们进一步改进材料的性质。

光学显微镜下吡咯并苝-碘复合物的晶体图像

对于领导这项研究的赛沙德利（Seshadri）教授和伍德（Wudl）教授而言，找到第一种能够结晶的非金属原子聚合物长链本身就是一件有趣的事情。而且，这种新的结构可能为材料带来新的性质和应用。在这个过程中，一个有200年历史的疑团也得以进一步解开。