世界是由各種各樣的物質組成的,今天我們就來介紹一下物質的微觀結構,本期僅介紹可見的物質,不介紹反物質和暗物質。
物質是由原子組成的,原子是由核內的質子,中子(氫原子除外)和核外電子組成。原子的質子數決定瞭原子的序號。質子和中子的質量相當,質子略小,大約是電子的1836倍,因此原子的絕大部分質量集中在原子核內的質子和中子上。質子帶一個單位的正電,電子帶一個負電。通常原子的質子數等於電子數,因此原子帶電但是不對外顯電性。
物質的微觀結構按一定規則有序排列的,我們稱為晶體,否則為非晶體。常見的晶體有原子晶體,分子晶體,離子晶體,金屬晶體。
對於主族元素來說,除前5號元素外,一般來說,最外層為8個電子時,原子能達到相對穩定的結構。主族元素的最外層電子數等於族數,一般來說,最外層電子數小於4的原子,更容易通過失去所有的最外層電子,把次外層變成最外層,達到穩定狀態;最外層電子數大於4時,更容易通過獲得電子,隻知最外層電子數為8,以達到穩定狀態。(本段非嚴格表述)
下面介紹常見的晶體
Ⅰ原子晶體,相鄰原子之間隻通過共價鍵結合而成的空間網狀結構的晶體。
常見的有金剛石( C )、沙子( SiO_{2} )等。
f16aad49329dfa74150ce33e814c6c86金剛石的空間結構
金剛石是碳原子構成的單質,碳原子最外層有四個電子,每個碳原子和周圍的四個碳原子分別形成共用電子對(共價鍵),這樣每個碳原子的外層就達到瞭8電子(共用)的穩定狀態。兩個相鄰的碳碳鍵的鍵角為arccos(-1/3),約109°28′,碳碳鍵的鍵能比較高,因此這個結構是非常堅固的,金剛石是自然界中最硬的物質。
27990021859f94c1417c32ed9e39223f二氧化矽的空間結構
沙子的主要成分是 SiO_{2} ,空間結構相當於把金剛石中的碳原子換成矽原子,再在兩個矽原子之間插入一個氧原子。
Ⅱ分子晶體,分子間通過分子間作用力構成的晶體。
常見的氣體和液體大多數為分子晶體,如水、乙醇、二氧化碳、氧氣、氮氣、甲烷等。
甲烷的晶體模型,藍色的為碳原子,紅色的為氫原子
Ⅲ離子晶體,是指由離子化合物結晶成的晶體,晶體靠離子鍵緊密聚集在一起。
離子鍵和共價鍵不同點在於,離子鍵的原子間是徹底的剝奪(或失去)電子,而共價鍵是原子間共用電子。
常見的有食鹽( NaCl ),大理石( CaCO_{3} ),鐵銹( Fe_{2}O_{3} )等。
586bee8ee0c5e2f12bdfd16445e42e0a氯化鈉的空間結構,綠色為氯原子,紫色為鈉原子
Ⅳ金屬晶體,為金屬單質,構成的粒子是金屬陽離子和自由電子,金屬晶體靠金屬鍵聚集在一起。
常見的金、銀、銅、鐵、鋁等都是金屬晶體。
金屬晶體的模型,帶正電的為金屬陽離子,帶負電的為自由電子
非晶體的結構沒有簡單的規律可循,通常也沒有固定的熔點和沸點,這裡不做介紹,常見的有瀝青、橡膠、塑料等。
好的,物質的構成和常見晶體就給大傢介紹到這裡,下一期為大傢介紹《電現象》。
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