物质的分子都在不停地运动着,这是大家都知道的。
距离很远就可以闻到有刺激性的氨味,湿衣服放在阴凉的地方也会晾干,这正是由于氨分子、水分子不断运动而扩散到空气里去了的缘故。蔗糖放在水里不见了,也是由于糖分子扩散到水里去了的缘故。
那么,在分子世界中,谁跑得最快呢?跑得最快的是气体分子。而在气体分子中,又以质量最轻的氢分子跑得最快。它是名副其实的分子世界中的赛跑冠军。在0C时,氢气分子的运动速度为1700 米秒, 相当于每小时跑6120公里。这个速度比最快的喷气式飞机还要快,如果无阻挡的话,氢气分子只需6.5小时就能绕地球一周。 其他分子量较大的气体分子速度慢-些,例如氧气分子的运动速度为1550 公里小时。
既然气体分子跑得这样快,为什么桌上打开的香水气味不是一下子就能闻到呢? 这个问题问得好!根据一般气体分子运动的速度,气体分子跑几米路只需百分之一秒或几十分之一秒的时间。但事实上,大量气体分子在做无次序的运动时,分子与分子之间会发生无数次的碰撞,使分子的运动方向一直在改变之中。
对于一个氢分子来说,它每秒钟要与其他分子碰撞1400亿次(这里所讨论的情况都是在常温、常压下),
分子无法一直朝前跑,而只能是曲折地前进,扩散的速度就大大减慢了。
多少年来,化学家一直渴望着能观察到原子和分子的真正面目,以便更深,入地认识物质的组成和结构,了解化学变化的规律,实现对原子和分子的能动控制。扫描隧道显微镜(简称sTM)的发明,实现了人们观察原子和分子的梦想。利用扫描隧道显微镜,人们可以直接看到原子、分子的图象,并可直接进行单原子和单分子的操作。
现在来看一下1日元硬币的表面,它是用铝制作的,因此如果用1亿倍的放大镜观察表面,则可以看到表面聚集着排列很整齐的直径约1cm的小球,这些球在慢慢地移动,而且如果仔细看,就会发现球和球之间有云雾般的东西在飘移,这些球是铝原子(准确地说是铝离子),云雾-样的东西是电子。
接下来看一下食盐的颗粒,它是由直径不到2cm和约4cm的两种球组成的,两种球相间排列,因为没有1日元硬币那样的像云一样的东西,
所以能看到下层呈晶格状排列,两种球分别是钠离子和氯离子。再来看一下水,它像枫树的果实一样,一种大粒子的两侧有两个呈八字型排列很小的粒子,两个一组很活跃地运动着,大粒子和小粒子相互连在一起可以像弹簧那样伸缩,保持其果实的形状,小的粒子是氢原子,大的粒子是氧原子,把这种枫树果实样的粒子叫水分子。
如果把我们身边的物质用这样的放大镜观察,可大致分为三类。物质中最基本的粒子是原子(或离子)几个原子聚集在一起的是分子,但归根到底物质是由原子聚集而成的,原子约有100多种,由此形成的分子达几百万种,而且新分子还在不断地被制造出来。