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你知道吗--现代科学中的100个问题-第18部分
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这样高的压力对于能否把下沉的船保持在水中没有任何影响。从各个方向对船所施加的压力是相等的，向下的压力和向上的压力几乎完全相等，因此十分明显，不管压力怎样增大，船还要继续下沉。
但还有另一个因素。压力能压缩水，并增加水的密度。水的密度是否能变得非常高，以致这种高压使得沉船停止下沉，而悬浮在密度较大的深海中呢？
不！压缩效应是非常小的。甚至在每平方厘米1。1吨的压力下，水的密度仅由每立方厘米1。00克上升到1。05克左右。如果一个固体的密度为每立方厘米1。02，那么，它确实会沉到水下去，并在约4。8公里深度处被浮力止住，不再进一步下沉。然而，普通结构材料的密度大大地大于1。05。铝和钢的密度分别为每立方厘米2。7克和7。8克。金属船会一直沉到最深的海底深渊，丝毫没有上浮的机会。
但假定海洋还要更深，那么，一根铝棒是不是会达到最大的深度而不再下沉呢？回答仍然是：“不会的！”
如果海洋大约深67公里（而不是最多11公里深），洋底的压力就会上升到每平方厘米约7吨，水的密度则上升到每立方厘米约1。3克。然而，在这个时候，水已不再是液体，而会转化成一种称为“冰Ⅵ”的固体物质（冰Ⅵ的密度大于水，而“冰Ⅰ”——普通冰——的密度则小于水）。
困此，铝和密度大于每立方厘米1。3克的任何其他物质，只要海水是液体，就会一直在海里继续沉下去，最后停落在普通海底或冰Ⅵ的固体表面上。液体水的密度决不会大到足以浮起固体铝，更不用说固体钢了。
第82节
电子处在围绕原子核的一些称为“壳层”的同心球上。对每个元素来说，每个壳层上都有固定数目的电子。当最外面的的壳层上有8个电子时，这种排列特别稳定。
不过，假定一个元素有这么多个电子，以致当其中的8个被安置在某一个外壳层上时，还有少数几个多余的电子必须安置在一个更靠外的外壳层上。这少量最外层的电子（带负电荷的）只受到位于原子中心的带正电荷的原子核的微弱控制。
最外面的这些电子很容易转让给其他原子，因此，原来那个原子现在所剩下的就是最外面壳层上8个电子的稳定排列。
化学反应关系到电子的转移，因此，一个容易失去一个或多个电子的元素，会容易地发生电子转移的反应，这种元素就是“化学上活泼的”元素。一般来说，超过8个的电子数目越少，它们越容易转移：那个元素就越活泼；因此，最活泼的元素，就是电子数比8多一个的那些元素，也就是只有一个电子位于最外面壳层上的那些元素。
举例来说，这样的元素有钠，它的电子排列在三个壳层上（2，8，1）；还有钾，它的电子排列在四个壳层上（2，8，8，1）。
电子的内壳层趋向于把最外面的那个孤零零的电子与带正电荷的原子核隔离开来。中间的壳层越多，原子核对最外层的电子的控制越弱，因此，这种电子也越容易转移。因此，钾比钠活泼，铯（2，8，18，18，8，1）更加活泼。
比铯还更活泼的是钫（2，8，18，32，18，8，1），但一次只能研究它的几个原子，甚至连它的最稳定的同位素的半衰期也只有21分钟。因此，铯是最活泼的稳定金属元素。
现在假定一个元素所具有的构成最外面壳层的电子数太少，不够8个。这些原子趋向于接受若干个电子来凑成必要的8个。因此，它们就容易发生化学反应，因而是很活泼的。
一般来说，凑成8个电子所需要的电子数目越少，接受电子的趋势就越大。因此，在这类元素当中，最活泼的元素就是原子最外面壳层上含有7个电子的那些元素，它们仅仅需要一个电子就可以凑成8个电子。
举例来说，这样的元素有氯，这种原子的电子排列为2，8，7；还有溴，它的电子排列为2，8，18，7。
在这样一些元素的情况下，原子核的吸引力越强，把那个失去的电子拉过来的趋势越大。电子的内壳层的数目越少，原子核周围的隔绝作用就越小，那个原子核的拉力就越大，而元素也就越活泼。
在这种类型的元素当中，电子壳层数目最少的是氟，它的电子排列为2，7。因此，氟是一切非金属元素中最活泼的。
第83节
与其他元素难以发生化学反应或根本不发生化学反应的元素称为“惰性”元素。氮和铂就是惰性元素的例子。
在十九世纪九十年代、在大气中发现了一些似乎根本不发生任何化学反应的气体。这些新发现的气体——氦、氖、氩、氪、氙和氡——比其他任何元素的惰性都强，于是人们把它们都归入“惰性气体”。
惰性元素有时被称为“贵”元素，因为它们不与其他元素发生化学反应，就它们那一方面来说，这似乎是一种贵族式的冷淡。金和铂是“贵金属”的两个例子，而惰性气体有时被称为“贵气体”，也是由于这个原固。1962年以前，“惰性气体”是比较通用的术语，也许是因为“贵气体”似乎不适合于民主社会。γ米γ花γ书γ库γ ；http：//www。7mihua。com
惰性气体之所以是惰性的，其原因在于：每一种惰性气体原子所含有的电子数在各壳层中的排列，正好使每个壳层中都有特别稳定的数目，具体地说，即在最外面的壳层中有8个电子。因此，氖的电子排列是2，8；氩的电子排列是2，8，8。增加或减少电子，都会打破这种稳定的排列，因此，就不会发生任何电子变化。这就意味着不会发生化学反应，所以这样一些元素是惰性的。
然而，惰性的程度取决于原子中心带正电荷的原子核用以拉住最外面壳层上各个电子的强度。最外层与中心之间的电子壳层越多，原子中心的原子核的控制力就越弱。
这就意味着，惰性气体元素中原子结构最复杂的元素，也就是惰性最小的元素。原子结构最复杂的惰性气体是氡。氡的原子所具有的电子排列是2，8，18，32，18，8；但氡仅仅是由放射性同位素所构成，所以它是难以用来进行化学实验的一种元素。仅次于氡的最复杂的气体是氙，它是稳定的。它的原子所具有的电子排列是2，8，18，8。
氙原子和氡原子中最外面的电子离原子核很远，原子核不能十分有力地抓住它们。当存在着具有吸引电子的强烈倾向的原子时，这些电子就会被放弃。氟的原子具有吸引电子的最强倾向。1962年，加拿大化学家巴特利特发现有可能形成氙和氟的化合物。
从那以后，还组成了氡的化合物和氪的化合物。鉴于这种情况，化学家们不乐意再使用“惰性气体”这个术语，因为这些原子毕竟不是完全惰性的；“贵气体”这个术语现在已逐渐通行起来、而且形成了化学的一个完整的新的分支学科，专门研究“贵气体化合物”。
当然，贵气体的原子越小，惰性就越强，至今还没有发现任何东西能从这些原子中把电子夺走。氩原子中的电子排列是2，8，8。氖原子中的电子排列是2，8。氩和氖仍然完全是惰性的。惰性最强的是氦，它的原子仅有一个带两个电子的电子壳层（所有原子最里面的壳层都有两个电子）。
第84节
在通常情况下，物质有三态：气态，液态和固态。在气体中，组成气体的原子或（通常为）分子的能量非常高，或者各个分离的分子之间的引力非常低（或者两者兼备）。以致各个分子独立地进行运动。
如果能量降低到一定点，那么，分子就不能再保持独立性，而必定会互相发生接触。但是这时还有足够的能量可供分子进行运动，使分子在其他分子间滑动。这种情况就是液体。
如果能量进一步降低，各个分离的分子就不能再滑动，而会固定在某个方位上（尽管它们也许能够或确实会在它们的固定位置附近振动）。这种物质就是固体。
在固体中，两个相邻的分子（或原子，或离子）的相对位置不是随意的。它们处于某种有规则的排列之中，这种排列取决于不同的粒子具有什么样的比例，大小有怎样的差别，外部压力有多大，等等。在氯化钠中，钠离子和氯离子的数①2000年，芬兰科学家首次合成了氩的稳定化合物——氟氩化氢（HArF）。
——碧声注
目相等，大小没有太大的差别。在氟化铯中，铯离子和氟离子的数目相等，但铯离子比氟离子大得多。在氯化镁中，镁离子和氯离子的大小没有太大的差别，但是在数目上，氯离子为镁离子的两倍。由于这一原因，每种化合物很自然地以不同的方式进行排列。
如果你得到一块可见物质，它是由全部按有序方式排列的原子、离子或分子所组成，那么，这块可见物质就会有一些光滑的表面，它们以一些固定的角度相交（这就像从空中来看一个军队的队形。你也许看不见各个士兵，但是如果他们排列得很好，你就会看见那个队伍，比如说，呈矩形）。这块可见物质（或者说“晶体”）的整个形状取决于原子的排列。对于在一系列给定条件下的任何给定的物质来说，原子排列是固定的，因此晶体总是具有确定的形状。
固体物质从本质上说几乎总是晶体，即使它们看起来并不像是那样。我们知道，要形成一种理想的晶体，最好从处于溶液状态的纯物质着手（这样，外来的原子就不会滑入和打乱排列）。溶液应该缓慢地冷却，以便让原子有时间排成阵列。
在自然界往往存在着由几种物质组成的混合物，因此，我们最后得到的，是互相推撞和互相拥挤的几种不同的晶体。不仅如此，如果冷却非常快，那么，就会有许多晶体开始形成，以致其中任何一个晶体都没有机会生长到超过显微的大小，这些晶体各取各的方向，因此没有确定的形状。
因此，在自然界，我们很少能看到足够大的清澈的晶体。
通常我们所遇到的，是一些不规则的物质碎块，它们是由我们未察觉到的微晶体构成的。
有一些固体物质不是结晶状的，因此不真正是固体。玻璃就是一个例子。液态玻璃是很有粘性的，因此它的离子就难以运动，也难以排成有序阵列。当玻璃冷却时，离子运动得越来越慢，最后完全停止运动，停在哪儿就将它们的位置保持在那儿。
在这种情况下不存在有规则的排列，因此，“固态”玻璃实际上是一种“超冷的液体”。玻璃可以是硬的，摸起来像是固体，但是它没有晶体结构，而且，它没有明显的熔点，这是它最致命的弱点。所以，“固态”玻璃在加热时就只是逐渐软化而已。
第85节
关于这个问题，最简单的回答是每种东西都能压缩。
事实上，压缩气态物质比压缩其他任何形态的物质要容易得多。那是因为气体是由相距很远的分子所组成的。例如，在普通的空气中，实际分子所占的空间大约是整个体积的千分之一。
在压缩某一气体时，仅仅需要克服分子本身的无规则运动所形成的扩张倾向，将它们更紧密地推压到一起，把分子之间的一些空处挤出，用人的肌肉力量就能够容易地做到这一点。例如，当你挤压一个气球时，你就是在对空气进行压缩。
就液体和固体而言，组成它们的原子和分子只是近于互相接触。借助于每个原子外层区域中的电子的相互斥力，这些原子和分子不再进一步靠拢。这表示液体和固体分子的抗压力比气体中分子运动的抗压力要强得多。5米5花5书5库5 ；www。7mihua。com
这意味着人的肌肉不能再做压缩液体和固体的工作，至少没有明显的效果。
假定你把一定量的水倒入一个上边开口的刚性容器里，并把一个密闭的活塞装入开口内，使它与水面接触。如果你用全力把活塞往下压，你就会发现，它不会明显地移动。由于这个原因，人们常说，水是“不可压缩的”，而且它的体积不能够挤得更小。
其实并不是这样。当你把活塞向下推时，你确实压缩了水，但压缩的程度不能测量出来。如果能够施加比人的肌肉大得多的压力，那么，水的体积或者任何其他液体或固体的体积的减小量，就会大到能够测量出来的程度。例如用每平方厘米1。1吨重的力量压缩100升的水，它的体积就会缩小为96升。随着压力的进一步增加，体积就会进一步缩小。在这种压缩力下，可以说，电子越来越靠近原子核了。
如果压力更大，比如说，压力相当于在巨大引力作用下成千上万公里厚的物质堆积起来的重量时，静电排斥力就会完全不起作用。电子就不能在轨道上围绕着原子核运动，而会被推开。然后物质就由不带电子的原子核组成，而电子则飞来飞去作无规则的运动。
原子核比原子小得多，因此，这种“退化的物质”大部分还是空的。地球中心的压力或者甚至木星中心的压力都不足以形成退化物质，但是在太阳的中心有退化物质。
一个完全由退化物质构成的恒星，可以像太阳那样重，但是体积却不比地球大。这就是一个“白矮星”。它能够在它自己的重力下进一步地压缩，直到它由互相接触的中子所组成。这样一个“中子星”能够具有太阳的全部质量，但被压缩成直径为十几公里的球体。
天文学家认为，它还能够进一步地压缩，直到变成体积为零的“黑洞”。
第86节
当我们看到一种金属的时候，大家都知道它是金属，因为金属有一些不平常的性质。当金属表面光滑时，它们反射光的效率很高，因此它们具有一种“金属光泽”；但非金属却没有很高的反射能力，因而具有一种“无光泽的颜色”。金属容易变形，能够制成金属板和拉成金属线；而非金属在受到打击时会被打碎，破裂或成为粉末。金属易于导热和导电；非金属却不能。
为什么有这样的差别？
在多大数普通化合物中，例如在我们周围，看得见的海洋里和土壤里的那些化合物分子是由原子所构成的，这些原子由于共同享有电子而紧密地保持在一起。这里的每一电子都紧紧地被束缚在某一个原子或另一个原子上。当出现这种情况时，物质就表现出非金属性质。
根据这种准则，氢是一种非金属。普通的氢分子是由两个氢原子构成的。每个氢原子只有一个电子，构成一个分子的两个氢原子平均共享那两个电子。没有剩下的电子。
当一些电子不是牢固地受到束缚时会发生什么情况呢？
例如，我们看一看元素钾吧。每个钾原子都有19个电子，它①黑洞体积为零吗？这种说法是不是不够严格？请高手指教。——碧声注
们排列在4个壳层中，只有最外面壳层中的电子可供共享。
在钾原子的情况下，这就意味着它仅仅有一个电子可以为相邻原子所共享。再则，这个最外面的电子被控制得特�
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