软是软，硬是硬，有没有一种材料可以做到既软又硬？

每一种材料都具有各自的特征，有些材料非常柔软，可以揉捏成任何形状，比如小孩子玩的橡皮泥，而有些材料则非常坚硬又富有弹力，比如橡胶，所以我们可以用它来制造轮胎以及各种橡胶制品。

在我们的生活中，软和硬似乎是两种不可兼容的属性，一件物品要么是由坚硬的材料所打造，要么就是由柔软的材料所打造，那么有没有一种材料可以兼具坚硬和柔软两个特性呢？这个问题问得似乎没有道理，但这样的材料却真实存在，这是一种新材料，我们称之为P4U。这是一种非常柔软的材料，捏在手上，它就能够在地球引力的作用之下缓慢拉长下坠，轻轻揉搓又能够如橡皮泥一般被塑造成各种形状。这样的一种材料，如果我们用力将其掷于墙上，你一定认为它会像烂泥一样糊在墙上吧？但事实不是，它飞速反弹回来，其弹力之高超越了你儿时玩过的弹力球。是的，在受到冲击的一瞬之间，这种柔软的材料会获得极强的硬度以及比橡胶还强的弹力。

P4U所展现出来的特性似乎违背了常识，那么是什么原理造就了如此有趣的材料呢？我们可以在物质的结构中寻找原因。

任何物质都是由分子所构成的，而分子又是由原子结合而成的，那么原子是依靠什么结合成分子的呢？是共价键。所谓共价键实际上就是共用电子对。我们知道，原子是由原子核与核外电子所构成的，比如氢原子的原子核之中有一个质子，核外有一个电子，而氧原子核内有8个质子，核外有8个电子。

在原子核之外，电子具有分层排布的特性。比如氢原子，它只有一个电子，所以自然只有一层。但氧原子就不同了，氧原子有8个电子，而这8个电子分为两层排布，内层有2个电子，外层有6个电子。

在原子的最外层有着4个轨道，每一个轨道可以分布2个电子，也就是说当一个原子的最外层拥有8个电子的时候，就可以将所有的轨道占满，此时这个原子也就是最稳定的状态。

这被称之为八隅体规则。了解了八隅体规则，自然也就知道了原子是如何结合成分子的，以水为例，水即为H2O，由2个氢原子和1个氧原子组成，为什么是2氢1氧呢？因为氧的最外层有6个电子，氢的最外层有1个电子，2氢1氧正好是8个电子，这就形成了一种稳定结构。在结合的过程中，氢提供1个电子，氧提供1个电子，这2个电子是氢和氧所共同使用的，也是它们能够结合在一起的关键，这个共用电子对就被称之为共价键。

在氢氧结合成水的例子中，氧原子分别提供了2个电子和两个氢组成了2个共价键，而另有6个电子并未配对，这6个电子就被称之为孤对电子。

明白了物质结合的基本原理，接下来就可以说说有趣的材料P4U是如何兼具软和硬两种属性的了。P4U本质上是一种由聚二甲基硅烷与硼化物反应生成的高分子聚合物，在这种材料之中有三种主要的原子：硅、硼和氧。氧在其中所起的作用主要是通过共价键的形式将硅和硼连接起来，也就是说硅并不与硼直接连接，而是通过氧而连接在一起。在结合之后，硼的最外层会有6个电子，根据八隅体规则，这是一个不稳定结构，也就是说在硼的最外层还空余了1个可以分布电子的轨道。再来看氧，氧原子在分别与硼和硅相连之后，还空余了4个电子未配对。

硼有空余轨道，而氧有空余电子，这就使得两个分子之间可以通过硼和氧的配对从而结合成为大分子，这就是P4U这种高分子聚合物的由来。

了解了P4U的物质构成，也就明白了这种材料为什么会兼具软和硬两种属性。当此材料受到一个缓慢的外力作用，分子之间的结合就会被拉断，外力则会在这个过程中被吸收掉。当此材料受到一个快速的冲击力作用的时候，由于力的作用较快，分子会受到挤压，因此局部浓度会提高，分子会被挤到一起，于是就有更多的氧原子和硼发生结合，分子间的结合形成了一个网状的结构，于是就获得了高强度与高弹力。明白了物质的内在结构原理也就揭开了P4U这种新材料的神秘面纱。由于这种材料兼具柔软与弹性，所以可以用来制作运动鞋，使得走路的时候倍感舒适，而起跳的时候又能够弹力倍增，用其制作防具护具，甚至是防弹衣