驚悚篇

 你知道嗎

 艾薩克 阿西莫夫 作品,第30頁 / 共37頁  

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不!壓縮效應是非常小的。甚至在每平方厘米1.1噸的壓力下,水的密度僅由每立方厘米1.00克上升到1.05克左右。如果一個固體的密度為每立方厘米1.02,那麼,它確實會沉到水下去,並在約4.8公里深度處被浮力止住,不再進一步下沉。然而,普通結構材料的密度大大地大於1.05。鋁和鋼的密度分別為每立方厘米2.7克和7.8克。金屬船會一直沉到最深的海底深淵,絲毫沒有上浮的機會。

但假定海洋還要更深,那麼,一根鋁棒是不是會達到最大的深度而不再下沉呢?回答仍然是:「不會的!」

如果海洋大約深67公里(而不是最多11公里深),洋底的壓力就會上升到每平方厘米約7噸,水的密度則上升到每立方厘米約1.3克。然而,在這個時候,水已不再是液體,而會轉化成一種稱為「冰Ⅵ」的固體物質(冰Ⅵ的密度大於水,而「冰Ⅰ」——普通冰——的密度則小於水)。

困此,鋁和密度大於每立方厘米1.3克的任何其他物質,只要海水是液體,就會一直在海裏繼續沉下去,最後停落在普通海底或冰Ⅵ的固體表面上。液體水的密度決不會大到足以浮起固體鋁,更不用說固體鋼了。

第82節

電子處在圍繞原子核的一些稱為「殼層」的同心球上。對每個元素來說,每個殼層上都有固定數目的電子。當最外面的的殼層上有8個電子時,這種排列特別穩定。

不過,假定一個元素有這麼多個電子,以致當其中的8個被安置在某一個外殼層上時,還有少數幾個多餘的電子必須安置在一個更靠外的外殼層上。這少量最外層的電子(帶負電荷的)只受到位於原子中心的帶正電荷的原子核的微弱控制。

最外面的這些電子很容易轉讓給其他原子,因此,原來那個原子現在所剩下的就是最外面殼層上8個電子的穩定排列。

化學反應關系到電子的轉移,因此,一個容易失去一個或多個電子的元素,會容易地發生電子轉移的反應,這種元素就是「化學上活潑的」元素。一般來說,超過8個的電子數目越少,它們越容易轉移:那個元素就越活潑;因此,最活潑的元素,就是電子數比8多一個的那些元素,也就是只有一個電子位於最外面殼層上的那些元素。

舉例來說,這樣的元素有鈉,它的電子排列在三個殼層上(2,8,1);還有鉀,它的電子排列在四個殼層上(2,8,8,1)。

電子的內殼層趨向於把最外面的那個孤零零的電子與帶正電荷的原子核隔離開來。中間的殼層越多,原子核對最外層的電子的控制越弱,因此,這種電子也越容易轉移。因此,鉀比鈉活潑,銫(2,8,18,18,8,1)更加活潑。

比銫還更活潑的是鈁(2,8,18,32,18,8,1),但一次只能研究它的幾個原子,甚至連它的最穩定的同位素的半衰期也只有21分鐘。因此,銫是最活潑的穩定金屬元素。

現在假定一個元素所具有的構成最外面殼層的電子數太少,不夠8個。這些原子趨向於接受若幹個電子來湊成必要的8個。因此,它們就容易發生化學反應,因而是很活潑的。

一般來說,湊成8個電子所需要的電子數目越少,接受電子的趨勢就越大。因此,在這類元素當中,最活潑的元素就是原子最外面殼層上含有7個電子的那些元素,它們僅僅需要一個電子就可以湊成8個電子。


  

舉例來說,這樣的元素有氯,這種原子的電子排列為2,8,7;還有溴,它的電子排列為2,8,18,7。

在這樣一些元素的情況下,原子核的吸引力越強,把那個失去的電子拉過來的趨勢越大。電子的內殼層的數目越少,原子核周圍的隔絕作用就越小,那個原子核的拉力就越大,而元素也就越活潑。

在這種類型的元素當中,電子殼層數目最少的是氟,它的電子排列為2,7。因此,氟是一切非金屬元素中最活潑的。

第83節

與其他元素難以發生化學反應或根本不發生化學反應的元素稱為「惰性」元素。氮和鉑就是惰性元素的例子。

在十九世紀九十年代、在大氣中發現了一些似乎根本不發生任何化學反應的氣體。這些新發現的氣體——氦、氖、氬、氪、氙和氡——比其他任何元素的惰性都強,於是人們把它們都歸入「惰性氣體」。

惰性元素有時被稱為「貴」元素,因為它們不與其他元素發生化學反應,就它們那一方面來說,這似乎是一種貴族式的冷淡。金和鉑是「貴金屬」的兩個例子,而惰性氣體有時被稱為「貴氣體」,也是由於這個原固。1962年以前,「惰性氣體」是比較通用的術語,也許是因為「貴氣體」似乎不適合於民主社會。

惰性氣體之所以是惰性的,其原因在於:每一種惰性氣體原子所含有的電子數在各殼層中的排列,正好使每個殼層中都有特別穩定的數目,具體地說,即在最外面的殼層中有8個電子。因此,氖的電子排列是2,8;氬的電子排列是2,8,8。增加或減少電子,都會打破這種穩定的排列,因此,就不會發生任何電子變化。這就意味著不會發生化學反應,所以這樣一些元素是惰性的。

然而,惰性的程度取決於原子中心帶正電荷的原子核用以拉住最外面殼層上各個電子的強度。最外層與中心之間的電子殼層越多,原子中心的原子核的控制力就越弱。


  

這就意味著,惰性氣體元素中原子結構最複雜的元素,也就是惰性最小的元素。原子結構最複雜的惰性氣體是氡。氡的原子所具有的電子排列是2,8,18,32,18,8;但氡僅僅是由放射性同位素所構成,所以它是難以用來進行化學實驗的一種元素。僅次於氡的最複雜的氣體是氙,它是穩定的。它的原子所具有的電子排列是2,8,18,8。

氙原子和氡原子中最外面的電子離原子核很遠,原子核不能十分有力地抓住它們。當存在著具有吸引電子的強烈傾向的原子時,這些電子就會被放棄。氟的原子具有吸引電子的最強傾向。1962年,加拿大化學家巴特利特發現有可能形成氙和氟的化合物。

從那以後,還組成了氡的化合物和氪的化合物。鑒於這種情況,化學家們不樂意再使用「惰性氣體」這個術語,因為這些原子畢竟不是完全惰性的;「貴氣體」這個術語現在已逐漸通行起來、而且形成了化學的一個完整的新的分支學科,專門研究「貴氣體化合物」。

當然,貴氣體的原子越小,惰性就越強,至今還沒有發現任何東西能從這些原子中把電子奪走。氬原子中的電子排列是2,8,8。氖原子中的電子排列是2,8。氬和氖仍然完全是惰性的。惰性最強的是氦,它的原子僅有一個帶兩個電子的電子殼層(所有原子最裏面的殼層都有兩個電子)。

第84節

在通常情況下,物質有三態:氣態,液態和固態。在氣體中,組成氣體的原子或(通常為)分子的能量非常高,或者各個分離的分子之間的引力非常低(或者兩者兼備)。以致各個分子獨立地進行運動。

如果能量降低到一定點,那麼,分子就不能再保持獨立性,而必定會互相發生接觸。但是這時還有足夠的能量可供分子進行運動,使分子在其他分子間滑動。這種情況就是液體。

如果能量進一步降低,各個分離的分子就不能再滑動,而會固定在某個方位上(盡管它們也許能夠或確實會在它們的固定位置附近振動)。這種物質就是固體。

在固體中,兩個相鄰的分子(或原子,或離子)的相對位置不是隨意的。它們處於某種有規則的排列之中,這種排列取決於不同的粒子具有什麼樣的比例,大小有怎樣的差別,外部壓力有多大,等等。在氯化鈉中,鈉離子和氯離子的數①2000年,芬蘭科學家首次合成了氬的穩定化合物——氟氬化氫(HArF)。



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