大自然的周期性
陕西靖边波浪谷有一种壮观的地质现象，红色的砂岩层层叠叠，呈现独特的环状或层状结构，让人感受到千百万年风、水和时间的雕琢。这种结构在地质上称之为李泽岗环（liesegang ring）。
我们还可以在自然界发现很多类似的环状或层状结构，比如玛瑙的环状条纹、树木的年轮、水波纹及其在岸边沙土上留下的波痕、甚至光或微观粒子的干涉条纹……这背后的原因各有不同，但其中的共同之处却是大自然的周期性。
为了更好地理解一些地质现象的环状条纹，采用半固体琼脂胶作为反应介质，可以制备有趣的氢氧化钴环状沉淀。称量琼脂加入CoCl2水溶液加热融化后倒入试管，凝固后在上方加入少量水合肼作为碱源。随着水合肼向下方琼脂中的扩散，不断形成绿色的α-Co(OH)2沉淀。由于半固体凝胶中的扩散障碍以及所形成的周期性浓度梯度，沉淀以环状形式周期性出现并不断向下生长。取决于局部反应物浓度的差异，在环状绿色沉淀的中间形成红色的颗粒状b-Co(OH)2沉淀。靠近管口部分由于氧气的存在，生成了棕色的b-Co(OH)3沉淀。而且这三种沉淀在扫描电镜下呈现不同的形貌，尤其是绿色的α-Co(OH)2呈现美丽的花状，花瓣的厚度仅仅约61 nm。
振荡反应
大自然充满节奏感！与时间关联的周期性现象在大自然中普遍存在。日升日落、四季轮回、月圆月缺、潮消潮涨、老蚌明珠、树木年轮，无一不是与时间相关的周期性现象！
化学中存在一种有趣的周期性的振荡反应。在某些反应过程中，组分的浓度会忽高忽低，呈现周期性变化的现象。
著名的钠跳反应就是一种周期性的化学反应。在盛有水和煤油的试管中放入一小块钠。由于水的密度大于没有，因此水在下，煤油在上。钠的密度在水和煤油之间，钠进入煤油后迅速下沉，一旦接触到水，迅速和水发生剧烈反应，产生氢氧化钠和氢气，而氢气附着在钠的表面带动钠块上升到煤油表面，在此过程中释放氢气，然后再次下沉，如此循环，呈现周期性跳跃。
1921年美国伯克利加州大学的布雷用碘做催化剂研究过氧化氢的分解时，注意到系统中碘的浓度及氧气的生成速率均随时间产生周期性变化。这被认为是人们首次正式发现化学振荡反应，但当时并未引起重视。
1958年，俄国化学家别洛索夫（Belousov）和扎鲍廷斯基（Zhabotinskii）报道了一种有趣的化学反应：以铈离子作催化剂，在酸性条件下柠檬酸被溴酸钾氧化时，溶液在无色和淡黄色两种状态间进行周期性的振荡。该反应被称为Belousov-Zhabotinskii反应，简称B-Z反应，后来也叫做化学钟。
现代动力学奠基人、比利时诺贝尔奖获得者普利高津领导下的布鲁塞尔学派于1969年提出了著名的耗散结构理论，认为体系远离平衡态时，在特定的动力学条件下，无序的均匀定态可以失去稳定性，产生时空有序的状态，这种状态称之为耗散结构。在化学振荡中，浓度随时间和空间有序的变化可以看作一种化学波，这从热力学上证明了化学振荡反应的机理，化学波和物理波的关联值得深思。振荡反应的研究有助于我们理解自然、生命和社会中无处不在的周期性振荡现象。
自组织
有一年的元宵节，突然发现锅里煮的元宵形成了整齐的错位排列，这顿时让我想起了原子的排列，想起了更多的有序结构：
在原子层面，有各式有序排列原子的金属晶体和原子晶体。1990年，IBM公司利用STM针尖移动吸附在金属镍表面上的原子，将35个氙原子排布成「IBM」三个字母，每个字母高5 nm，每个氙原子间最短距离约为1 nm，人类模仿自然，通过原子的搬迁实现了原子排列的有序化，这意味着人类有可能创造自然界中不存在的分子或物质，也意味着人类有可能实现原子水平的可控性。
在分子层面，有分子自身折叠而成的有序结构，也有分子之间相互作用形成的有序结构，比如蛋白质的多级折叠、抗体的Y形、两亲性表面活性剂形成的肥皂泡、硫醇在金属表面有序排列……这些内容一般认为是我们通常所说的分子自组装的主要内容；
在生命层面，有磷脂双分子层为主的细胞膜以及整个细胞、组织、器官、系统、整个生命体，都可以看作宏观体系下的有序组织；这一点从它们的英文名称都可以看出来，比如细胞的英文是cell，原意为小格子，最早在显微镜下看到的植物细胞就是一格一格整齐排列的有序结构；组织的英文是tissue，但是作为动词组织的应为却是organize，本身就是有序化的意思；器官是organ，是organize的名词形式，意思是由细胞和组织构成的有序的体系，这里昆虫的复眼可以很明显看出它的有序性。更高层次的系统和生命体本身都意味着有序的系统，甚至蜂巢也是一个有序结构。
在非生命领域，通过控制反应条件，人工合成圆形、立方、多面体、线状、片状、花状、放射状等各种形状的纳米材料，这也是一种有序的组织；学者李钰皓利用MnS纳米颗粒随着环己烷风干而形成均匀的单层结构，这也是一种自组织行为；美轮美奂的晶体宝石又何尝不是自组织行为的结果呢？
大自然充满各种有序结构，有序和无序的统一构成了整个的自然界，从广义上说，无序又何尝不是一种特殊的有序呢？
期望这样的联想与思考，能为我们带来启发。详细内容可见【化学的文化密码】一书。
