物质是由什么构成的?
我们周围有着许多的事物,桌子,椅子,书本等等包括我们自己,这一切究竟是如何构成的呢?从宏观上我们只能将桌子分成很碎的小木渣,但是这些木渣又是由什么组成的呢?
通过布朗运动,也就是将花粉撒在水中,我们用显微镜观察花粉,会看到花粉正在进行无规则的运动,我们了解到,世界中的一切都是由原子构成的。但是当我们研究了其他的物质之后,了解到有些不同的原子也会互相按照一定的规律组合,再由这些组合成的东西构成新的物质,这种东西就叫做分子。
也就是说现在原子可以构成物质和分子,分子可以构成物质。这些原子之所以可以构成物质它们之间一定有一个力的存在,同理原子构成分子,分子构成物质也是如此。那么原子构成物质和原子构成分子,这样的力相同吗?我猜想他们应该是不同的,如果是相同的话,用原子构成分子,再构成物质和原子,直接构成物质之间又有什么区别呢?
我们也可以用实验证明,在同样的试管中放入相同的水,对于一组水进行加热使其蒸发,对另一组水进行电解。我们知道水在通过火加热蒸发之后,它还是由水分子组成的,只不过变了一种形态,但是水在进行电解之后,却变成了氧气和氢气。而电解和加热这两种不同的方式带来的力也不一样,所以说明原子构成分子是一个更复杂更大的力。而原子构成物质和分子,构成物质靠的都是引力和斥力。
那么到底原子是如何构成分子的呢?研究这个问题之前,我们可以先了解原子到底是由什么组成的?卢瑟夫做过这样一个实验,用阿尔法粒子去射击一张金箔纸。他发现在8000个阿尔法粒子中,就会有一个被反弹回来。依据这个实验卢瑟夫就将原子分为了两部分,一部分就是原子核,非常微小,但是质量很大,带正电。另一部分就是核外电子,它们围绕着原子核在进行高速的运转。这些核外电子的质量很轻可以忽略不计,带负电。正好与原子核带的正电相平衡,所以原子显电中性。
但是我们世界有这么多不同的物质,它们都是由不同的元素组成,那么组成这些元素的原子到底有什么不同呢?我们猜测这个奥秘就在原子核里,那么原子核到底是由什么构成的?卢瑟夫就继续做实验。他用同样的方法去射击原子核,发现原子核里含有质子。每一个质子都带有一定的质量和一定的电荷。原子核里有更多的质子,那这个原子核的质量就更大,带的电也就更多。而他发现最轻的氢原子里头应该只有一个质子,其次的氦原子里头应该有两个质子。
随着技术的发展,人们已经可以测量单个质子的质量,但是通过实验发现氦原子的质量是氢原子的4倍。所以原子核里除了质子还有其他的东西,经过研究发现是中子。中子的质量和质子差不多,但是它不带电。所以现在我们也弄明白了,原子到底是由什么构成的,首先可以将它分为两部分,一部分是原子核,一部分是核外电子。又可以将原子核分为两部分,一部分是中子,另一部分是质子。
回到最初的问题原子如何构成分子呢?这会不会和原子外面的电子有关?如果有一个原子,他少了一个电子,那他岂不就带正电了吗?而他少的那个电子跑到别的原子核上,那另外一个原子不就带负电了吗,这样的两个特殊的原子,就会因为电荷的异性相吸而吸到一块。于是就可以由这样特殊的原子构成了新的物质。可是这种特殊的原子,并不是我们想要探究的分子,而是离子。我们生活中就有由离子构成的物质,比如最常见的氯化钠也就是盐,而正是因为它由离子构成,离子带电,所以氯化钠可以导电。我们现在构成物质,就有了三种方法。
但是此时原子是怎么构成分子的,我们还是不知道。先放下这个问题,关于原子那么核外电子究竟是如何围绕着原子核进行运动的呢?是像行星绕着太阳运动一样吗?如果是这样,那么因为核外电子带负电,原子核带正电,慢慢的他们就会吸到一块去,原子就会发生坍塌。但是事实上,世界上的物质存在了这么久,并没有出现坍塌。这就说明其实有东西规定着电子运动的轨道,让他不能和原子核贴到一块儿去。
有一派科学家就认为其实原子的结构就如同楼层一样,原子核是第1层,之后垫子分别在第2层,第3层第4层,电子只能出现在每一层里,不会出现在1.5层这样子的空间中。每一层的电子数也是有限的,是层数平方的二倍。只有当这一层的电子数满时,才会建下一层。但是最外层的电子数不超过8个,次外层的电子数不超过18个。
而另一派科学家却认为,是有一个波规定了电子的运行轨道。在推动着电子进行着这样的运动。
而目前大家公认的是第1种。也就是电子分层排布。
这就是原子的结构,这个暂时性共识,也许很快就会随着技术的发展被推翻。而接下来,我们可以继续去探究原子究竟是如何构成分子的?