看不到的原子

缩小的实验室

——来，伸出你们的手，让我带你们去一个微视的世界。首先，我们先来到这个能放大能缩小的实验室。

我们走进去，已经有人在等我们了。

“哦，博士，您好呀！”

“你们好，欢迎来这里，让我向你们介绍一下这个小屋。这个屋子是由特殊材料建成的，看看这个把手，只要我把它向右一转，我们就会缩小，一分钟后可以缩小到千分之一。那时候我们走出去，就会有一双能够媲美精细显微镜的眼睛。如果大家觉得还不够，再回到这个小屋，我还可以让大家再缩小1000倍。来，准备好，转！”

我们现在已经是“蚂蚁人”了……听到的都是一些沙沙、咔咔等非常嘈杂的声音，这是因为我们的耳朵已经失去了调节声波的功能。我们的眼睛，我的天，我们可以看到青草里一个又一个的细胞小房子，甚至小房子里有许多不同形状的小颗粒，有长条状的，有圆圆的，那是细胞里的“家具”吗？哇呜，飘来一大滴血液，原来血液里有这么多细菌啊，那个圆饼状的是血红细胞、长杆状的是大肠杆菌……可是我们还是看不到分子啊。

脸颊被大风吹得有点儿痛，于是我们又回到了屋子里，看来大家还想再小一些，因为我们还没看到分子啊。接着转动把手。我的天，怎么这么黑啊，地震了吗，怎么会这么动荡？

等我们完全变小后，我们看到了小屋外面的场景。狂风呼啸，还有好像是子弹一样的东西不断轰击着我们的屋子，这些子弹速度非常快啊，都看不清它们的运动。这时，博士说话了：

“我们现在不能出去，我们现在只有正常身高的百万分之一，也就是只有1.5微米，哦，那位身高2米的篮球运动员先生，您现在是2微米。我们的头发有一亿分之一厘米，十亿分之一厘米就是一个‘埃’，是原子与分子的长度单位。外面那些子弹其实就是空气中的气体分子，是的，先生，空气分子的直径是2～3个埃，而且空气分子的运动速度真的非常快。

“刚才我们走到屋子外面，感觉到风中有沙子吹打在我们的脸上：那是直径大的个别分子聚集体。但现在我们更小了，所以那些子弹对于我们来说就太危险了，这些子弹就是空气中的气体分子，分子运动太快，我们无法看清它们。先生们，我们和小屋不能变得更小了，因为更小的我们将无法承受外面世界的攻击，所以，我们的缩小之旅到此结束。”

博士说完之后，将把手向左转了回去。

刚才的旅程虽然是我们的想象，但是却是根据科学研究理论得出的合理情景。

我们在生活学习的过程中需要不断地和周围的物体接触，有像花草一样有生命的东西，也有像桌椅一般无生命的东西，有固体，有液体，当然也有气体。所有的这些用学术化的词语描述就是——物质。某种物质它有什么样的构造，又会有什么样的物理化学性质呢？

物质的结构与性质

在进行缩小旅程之前我们总是觉得物质是一个整体，没有空隙。比如磁铁、水，还有空气。但是缩小后的我们，却看到原来青草里有那么多的细胞、一滴血里也有那么多的各种各样的细菌，甚至空气中有那么剧烈的“子弹攻击”。

再举一些生活中的例子，比如说气球，在炎热的夏天，气球容易爆裂，而冬天则不会。所以，我们应该得出一个结论：物质的内部有许多肉眼看不到的孔隙。

为什么会有孔隙呢？任何物质在无限放大后，我们都可以看到它们是由颗粒组成的。这些小粒子有的叫作原子，有的则叫分子。这是由物质性质决定的。而每个粒子都有自己的运动范围。粒子与粒子接近时会互相排斥，所以无法黏在一起。

我们将粒子连同它周围的运动范围看成一个弹性球。球的半径一般用 埃 ^[1] 做单位，每种元素都是大小不同的弹性球。比如，氢原子球半径是0.79埃，硫原子球半径是1.04埃。那么这些弹性球如何排列堆积组成物质呢？

如果我们把同种球随便放进一个盒子里，球便会胡乱滚开，所占的容积要大于整齐堆积的小球总体积。各种各样的堆积方法中，占得容积最小的方法叫作最紧堆聚法。具体做法是：

将一堆小珠子放在碟子里，轻轻敲打碟子。所有珠子会向碟子中心滚动，很快会排列成行。你会发现，球心之间的连线彼此成60°角。比如铜、金等金属原子便是这样的堆积方法。

如果是两种不同的球，比如食盐由氯元素和钠元素组成，氯离子弹性球要比钠离子弹性球大。排列方式是两个大球中间穿插一个小球，每个大球被6个小球包围，而每个小球也被6个大球包围。

所以，物质是由最小的粒子——原子通过一定的排列方式组合而成。

元素的化学性质

“原子”这个思想早在公元前600至前400年间被 留基伯 和 德谟克利特 提出（希腊文的原意是“不可分的”）。直到 道尔顿 提出了原子理论，他认为，物质世界的最小单位是原子，原子是单一的，独立的，不可被分割的，在化学变化中保持着稳定的状态，同类原子的属性也是一致的。

到目前为止，人类已知的元素有119种。同种或不同种元素的原子，两两或是多个互相结合可以生成绝大多数物质的分子（少数物质是由原子构成，比如稀有气体）。物质中原子和分子的数目是非常多的。例如，18克水中含有6.02×10 ²³ 个水分子。

起初人们认为原子是最小的粒子，不可再分。但随着进一步的研究，尤其是对元素放射现象的探讨，人们才明白原子本身是一个非常复杂的结构：

●每个原子的中心都有一个原子核，原子核的直径大约是原子直径的十万分之一。

●虽然原子核非常小，但是却占有原子的大部分质量。

●原子核是由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成，不同原子的质子数不同。

●原子核外是不断绕着核旋转的电子，电子的个数等于质子数，所以原子是呈电中性的。

对于元素来说，它的化学性质是由原子半径和最外层电子决定的。所以，即使是不同的原子，只要它们的最外层电子数一样，这些原子的化学性质便是相似的。比如氯、溴、碘。

如图是几种原子的结构模型，可以看出不同的原子，核外电子轨道不同。

[1] 埃米，简称埃，是晶体学、原子物理、超显微结构等常用的长度单位，等于纳米的 。 3LPdTpqPlAd/0x6kzDi3OVg38IHkpOcO8/B0iW00NyacV8eppEGRhxnfGs6mbSgt