处处“可见”的分子运动

提及分子运动，就不得不提分子。关于分子，化学和物理对于它的理解，是不太一样的。化学理解的分子，重点在于区分物质。在化学当中，相同的物质具备相同的分子。在它们分子结构一样的情况下，会被归为一类物质。但你把几种分子混合在一起，就变成了混合物。

到了物理学，基本上就把分子无差别地看成微小的有质量的点，也就是抽象成一个个质点，研究它在宏观世界运动的性质。对于物质的改变、物质的性质，一般不过多涉及。因为物质改变、物质的性质，是化学研究的领域。但你要知道，化学本身也包含在物理研究的领域里。

在物理领域，二氧化碳分子和氧气分子基本没有区别。当然，分子的质量不一样，有可能导致气体密度等性质不一样。

分子运动的一些基础知识和概念，就给大家简单介绍这么多。下面，我们再通过几个小问题，来加深一下对分子运动的理解。

为什么会有固体、液体和气体？

从本质上说，固体、液体和气体的差别，应该是一个化学问题，因为物体组合的实际状态，是靠一些分子间作用力、化学键等来约束的。简单来说，原子、离子这些微观粒子之间的相互作用是化学键，分子间的相互作用就是分子间作用力。

正常情况下，分子在分子间作用力的作用下按照一定规则排列在一起，一旦加热，这种分子的运动就会加剧，分子就会慢慢地散开。而温度越高，分子之间的键越容易被打破；温度越低，分子之间的运动越不剧烈，分子就更容易聚在一起，从而产生固体、液体、气体之分。

从这个角度来说的话，固体是分子热运动的剧烈程度最低的状态，液体是处于固体和气体之间的一种状态，气体则是分子热运动的剧烈程度最高的状态。

当然，它和温度也有一定的关系，外界温度低，分子热运动的剧烈程度就低，更容易聚集；外界温度高，分子热运动的剧烈程度就高，分子不容易聚集在一起。也就是说，剧烈程度越高，分子越容易往外跑，越容易变成液体、气体。

如果想要凝聚成固体，就相当于在分子之间，要像小家庭一样进行组合。这就像一个社区的人下来排队，因为大家比较熟，就会站得比较紧密。而不同社区的人，因为陌生，会站得比较分散。越是聚集得紧密，越是容易形成固体。

再形象一点，你甚至可以想象，一般固体之间的分子排列，有一个网状结构，就像一个骨架，而液体缺乏这种骨架性质的化学键。到了气体状态，分子之间的相互作用力基本上都近乎消失了。

以水为例，按理来说，水分子之间应该有“范德瓦尔斯力”，这是分子之间的一种作用力。分子本身是不带电的，但每一个分子会有极性，它们之间就会存在不同极性相吸的情况。

水分子之间的作用力，聚集状态不像固体那样稳定，而是呈现流动的状态，所以也很容易在某种条件下变成固体或者气体。冰、水、水蒸气这三种形态，就是水的固体、液体和气体的典型表现。

为什么酒香不怕巷子深？

我们经常能看到，医生在给人打针之前，会拿酒精涂抹消毒，不一会儿酒精就干了。如果加些水进去，酒精的浓度变低，可能干得就慢很多。这是因为，酒精分子的运动很剧烈，酒精挥发得很快。

我们还常常听到“酒香不怕巷子深”这句话，它和酒精挥发的原理是差不多的。我们之所以能闻到酒香，是因为酒精的分子挥发出来了，跑出来的依然是酒。酒香飘出巷子，等于液态的酒变成气态了。酒精比水更容易挥发，二者同样装满一个瓶子，敞开口放置的话，酒会少得更快些。

正是因为酒精分子在不断地做运动，让它具有挥发特性，所以巷子再深，酒精分子迟早都会飘出来。一瓶水，开盖之后会不断有水分子出来变成水蒸气，也有少量的水蒸气会重新变成水。但是总体来说，变成水蒸气的水分子更多一些，所以水会不断地减少。

酒中含有芳香物质的分子，变成气态跑出来之后，这个气体钻进了我们的鼻子，我们就闻见了。正因为它有挥发的特性，酒才能不断地变成气体，散布到空气当中，变成了酒香。如果酒不香，或者它没有挥发的特性，再好的酒我们也闻不见。

另外，因为酒精的挥发速度快于水的挥发速度，所以随着不断的挥发，酒的度数会不断地降低。酒只要打开放置一段时间，度数就会越来越低，越来越没味道。

除了酒香，汽油的味道之所以特别冲，也是因为它特容易挥发，你打开盖子，这气体就出来了，你就能闻见汽油味儿。

比分子还小的粒子是什么？

原子是比分子还小的粒子，只要原子的核外电子数相同，它们就属于同一种元素，地球上只有100多种元素。但是不同的原子可以排列组合成不同的分子，之后再组合成无数种物质。而区别物质，核心就是看分子。化学研究的物质改变了，就是分子变了。一般情况下，不经过辐射，原子是不会变的。

例如，日本科学家不断地用特殊射线，照射金附近的几种元素，就照出金子来了。这样做等于用射线打到原子里，改变了物质原来的属性，不是金子都变成了金子，就跟点石成金似的。不过，从目前来看，这种转变成本非常高，以此造金子并不划算。有一天，如果我们能控制原子的状态，科技就会发生极大的进步，到时候，金子想造就能造，它就完全不值钱了。

原子就是由原子核和核外电子组成的，由于原子核和电子都很小，所以可以说原子内部是很空旷的。如果我这么描述你觉得很抽象，那可以想象一下，原子是一栋大房子，原子核就相当于房子中间的一个乒乓球，电子就是周围飘着的灰尘。

当把原子紧紧地挤在一起，原子挤爆了，电子撑不住了，所有原子核都紧挨着，就变成了超固态。再挤，把电子挤进了原子核，就形成了中子态。

有些恒星在晚期会变成中子星，这种状态下不再有原子，所有电子都进入了原子核，最终星体都由比原子小得多的中子组成，这种中子态的星体是非常致密的。

在化学中，用摩尔这个单位来计量分子、原子的数量，因为分子、原子的数量太多了。比如一摩尔水中，有6.02×10 ²³ 个水分子，这样把水分子用摩尔来计量，就方便多了。你可以理解为，到了分子、原子这个层面，研究的数量特别多，摩尔这种概念更方便计算。以后就不用说多少亿个水分子了，只需要说几摩尔。

物理学研究，比如说热力学，可以把分子抽象成一个一个的，忽略它的物质特性，比如硫化氢、一氧化碳、二氧化硫等气体，可以把它们看成一种气体分子，忽略它们作为物质的这些特性。它们是否有味儿、是否有毒，一般物理学不去研究。