奇妙的微观物质世界

世界是物质的,包括看不见的磁场和看得见的实体。实体由一些基本单元构成,比如人这种实体物质,就是氧、氢、碳、氮、铁、铜、锌等几十种元素组成的物体而已。

元素具体化来看是原子,原子是具有某种稳定特性、化学反应中的基本粒子,一般由处于中间包含质子和中子的原子核与外围的电子构成。质子和中子几乎有差不多的重量,而电子与质子、中子相比质量极其轻,因此电子被称作轻子,质子和中子是最基本的重子。

氢原子1个正电荷质子+1个负电荷电子

原子的质子数决定了它在元素周期表的位置,也就是不同元素其基本区别就在于原子核中含有几个质子。同一种元素的原子可能有不同的中子数,而且除氕(音瞥)外所有的原子都含中子,同一元素(同样质子数)因中子数不同形成这种元素的同位素,而具有一定数量的质子和中子的元素称作核素。氕(1质子0中子)、氘(音刀,1质子1中子,称重氢)、氚(音川,1质子2中子,称作超重氢)都是氢的同位素,因为氕的丰度(某种同位素在自然界量的占比)具有压倒性优势,一般情况下氢、氕不分,统称为氢。

电子带有负电荷,质子是正电,而中子之所以叫中子,就是因为他虽然和质子很像但却是中性的。原子中质子和电子的数量相等,电子的负电性和质子的正电性相互抵消,可以称作稳定的电中性。

电子在原子核外的排列不同,有的距离远有的距离近,呈层状分布。那些相对于原子核距离的远的电子心态产生变化:它们有点像“骑墙派”,心神不定,极其容易被拐走,可以称其为“花心大萝卜”,渣男渣女类型的,吃着碗里看着锅里的,想脚踏两只船!同时原子核的魅力也不同,有的能获得更多电子芳心、有些则被嫌弃,使得原子核和电子之间的关系更加复杂。

原子核和电子之间的微妙关系,让它们各怀鬼胎。有的原子和电子妥协了,既然都不忠诚,谁也别嫌弃谁,后来竟然产生“畸恋”,就是多个原子之间共用一些电子。有的原子和电子矛盾无法调和只能选择“分手”,有的原子比较有魅力又吸引了一些“小三”。那些原子和电子分手的呈现正电性,和其他电子迅速结合的呈负电性。

这时婚姻遇到问题的原子一看自己带电了,突然想恢复到从前的生活,好着急:有的到处寻找电子希望有第二春,有的觉得小三挺麻烦希望设法摆脱。看来,原子和人类一样,有人面对安稳的现实却身在福中不知福,等到失去才觉得可贵。

不过,失去容易再得到就难了,没办法,那些失去电子的原子和得到电子的原子颇有“同是天涯沦落人”的感叹,有的也产生“畸恋”:带负电的和带正电的原子竟然结对子共同生活。不过,有的各种结合终于大家不带电了,而有的很多在一起乱糟糟的依然没能中和。

那些带电的原子以及多种元素原子结合仍没有中和的统称为离子,产生“畸恋”的原子或离子结对子后终于不带电了,皆大欢喜,形成分子。

(一)比如氧原子有8个质子,外层6个电子,希望再要2个电子使最外层有8个电子,然而它那6个电子中还有2个电子想脚踏两只船,这就比较难办了。

有的氧原子就做了坏人,从其他地方拐来2个电子,成为负2价的氧离子(O2-)。

O2-电子结构图

有的为了留住自己那2个电子的芳心,与另一个有同样需求的氧原子抱团,分别将2个花心的电子拿出来共用,形成电子对,使得每个氧原子外层都有8个电子,由此形成了氧分子(O2)也就是氧气。

氧气分子结构

像氧气这样的由同一种元素组成的物质为单质,单质是理论上的,几乎不会存在。然而同样的元素组成的物质特性却不同,碳元素形成的石墨和金刚石(钻石),氧元素形成的氧气和臭氧(O3)。

(二)比如碳原子经常缺失外层的4个电子呈正4价,氧离子正好多了2个电子,1个碳和2个氧就成了二氧化碳。

像二氧化碳这样由多种原子同一种物质(相同分子)的组合,为化合物。

所有仅仅是单质或化合物的物质都叫做纯净物。世界上没有绝对的纯净物,一般是多种纯净物混在一起的混合物。比如空气含有78%的氮、21%的氧以及一些二氧化碳、极少的氢和其他稀有气体、各种尘埃等杂质。大家热衷的纯金也就是24K金纯净率是99.6%,有些宣称是99.99%的千足金大多数也是一种概念。高技术产品一般需要比较纯的产品来达到最优的性能,但是也不到“纯”的地步,比如最先进的技术能让铁能达到99.%的纯净度。

(三)比如可怜的氢原子只有1个电子,但它也要实现自己一个亿的小目标,要把自己唯一一层电子数变成2,于是拐来一个电子成为氢离子,或者与其他原子共用电子,1个氢和1个氧形成氢氧根离子(OH),2个氢和1个氧就结合为水分子,4个氢和1个碳就是甲烷(CH4)。

氢氧根离子氧内层2个电子,外层6个电子加氢1个电子,又得到1个电子共计10个电子,质子数为9,呈现负电性。氧、氢形成电子对,使得氧外层有8个电子,氢2个电子。

像甲烷这样的某些含碳、氢的化合物称作有机物化合物,简称有机物。人就是一种有机物,而且还是混合物。

世界上绝大多数物质就是由原子(离子)的结合而形成,更深层次来讲就是各种质子、中子以及电子等。

电子不能继续分割,质子、中子却还可以继续分割,比如质子就是由3个夸克组成,而中子可以释放能量中微子衰败成质子。还有的物质比如光,从宏观上看它是直线传播,然而从微观上看,它却是像波浪一样波动前进的。如果再微观起来,又是由一个个光子组成,因此光具有波粒二象性。像电子、夸克、中微子、光子等不可再分割的基本粒子叫做量子。

量子是一个神奇的玩意,具有凭空出现和消失的超能力,叫做量子涨落。

量子这个特性可不得了,正是因此才产生了宇宙和整个世界。

而世界是物质的......




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