(重慶)化學(xué)教學(xué)素材：核外電子的運(yùn)動(dòng)與相變

1、全優(yōu)中高考網(wǎng)-核外電子的運(yùn)動(dòng)與相變忽視核外電子的規(guī)律運(yùn)動(dòng),司空見慣的相變成了困惑人們的自然之謎。摘要：核外電子隨著溫度的規(guī)律的運(yùn)動(dòng)是相變的直接原因。（1）價(jià)和電子在平面穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，伴生的價(jià)磁力指向穩(wěn)定，物質(zhì)呈固態(tài)。（2）價(jià)和電子在窄小空間范圍扭曲運(yùn)轉(zhuǎn)，伴生的價(jià)磁力方向不穩(wěn)，物體塑性增加。（3）價(jià)和電子在大范圍空間扭曲運(yùn)轉(zhuǎn)，伴生的價(jià)磁力方晃動(dòng)，物質(zhì)呈液態(tài)。（4）價(jià)和電子在空間呈球面繞行運(yùn)轉(zhuǎn)，價(jià)和電子包圍整個(gè)球面，價(jià)磁力沒有了方向，球面電子與相鄰的球面電子相斥，使分子球之間推開距離，物質(zhì)呈氣態(tài)。關(guān)鍵詞： 奧斯特實(shí)驗(yàn) 小磁針 伴生 德布羅意波 事實(shí) 隨著溫度升高，一般物體都是由固體相變成液體，由液體相

2、變成氣體。所有純凈物質(zhì)都有其固定的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)；水在結(jié)冰、沸騰；錫在2電烙鐵下就能熔化成液態(tài)，烙鐵拿開，錫又立刻凝結(jié)成固體，溫度與物質(zhì)狀態(tài)、特性相依相存。分析 物質(zhì)的相變與總是與溫度精確的對(duì)應(yīng)，千百年來人們不斷在思索，溫度是如何導(dǎo)致這樣的變化？溫度是怎樣起作用的？這極具規(guī)律的對(duì)應(yīng)絕不會(huì)是偶然的、孤立的。這有規(guī)律的變化必然源于且服從更深層的規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，就是核外電子的規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。核外電子隨著溫度的規(guī)律的運(yùn)動(dòng)是相變的直接原因。在J 1 章我們談到溫度實(shí)質(zhì)上就是核外電子運(yùn)轉(zhuǎn)的速度。核外電子速率加快，宏觀的表現(xiàn)就是溫度升高。溫度升高到一定的程度，水能沸騰；鋼鐵能熔化，物質(zhì)發(fā)生了相變。難道電

3、子的快速運(yùn)動(dòng)就能導(dǎo)致這樣的相變、如何導(dǎo)致相變？相變雖然與溫度直接相關(guān)，然而只有達(dá)到了某一特定值，相變才能發(fā)生，這是一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程，也是物質(zhì)的內(nèi)聚力急劇變化的過程，核外電子的規(guī)律運(yùn)動(dòng)導(dǎo)演了熔化的全過程，電子的規(guī)律運(yùn)動(dòng)是如何導(dǎo)致物質(zhì)的內(nèi)聚力的變化？我們學(xué)過力有三要素：大小、方向、作用點(diǎn)。在物質(zhì)的內(nèi)部，構(gòu)成物質(zhì)的內(nèi)力同樣存在這三要素，而且這三要素在物質(zhì)的相態(tài)上起著至關(guān)重要的作用。在金屬固體內(nèi)部，價(jià)和電子在穩(wěn)定的平面軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，價(jià)磁力方向與軌道平面垂直、力的方向十分穩(wěn)定，各結(jié)構(gòu)元的價(jià)磁力相互吸引，調(diào)適在固定的位置，所有力的作用點(diǎn)專一，力的三要素穩(wěn)定，于是就形成了這固體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。溫度升高，價(jià)和

4、電子速率加快、運(yùn)轉(zhuǎn)半徑加大，造成了物體的熱脹。然而溫升并不能使價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)半徑一味地加大，因?yàn)槲矬w的內(nèi)聚力很大，限制運(yùn)轉(zhuǎn)半徑的增大。于是，加熱到一定的溫度時(shí)，急需加快速率的價(jià)和電子只得越出原來的運(yùn)轉(zhuǎn)平面，在原線路平面上下一定的區(qū)間進(jìn)行空間的扭曲運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣線路加長，速度快形成了價(jià)和電子由平面到扭曲的三維運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖5-1。溫度升高，價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)線路的扭曲，導(dǎo)致與運(yùn)轉(zhuǎn)線路垂直的價(jià)磁力方向也發(fā)生扭曲晃動(dòng)，從而使得伴生的價(jià)磁力方向在一定角度范圍內(nèi)晃動(dòng)。價(jià)磁力方向紊亂，也導(dǎo)致了相鄰的結(jié)構(gòu)元的價(jià)磁力方向的紊亂，這樣紊亂的價(jià)磁力使得結(jié)構(gòu)元之間的引力不穩(wěn)，在外力的作用下容易換位移動(dòng)，宏觀的表現(xiàn)是物體此時(shí)受到外力時(shí)很

5、容易變形，物體的剛性降低、塑性增加。內(nèi)聚力晃動(dòng)，遇外力時(shí)，結(jié)構(gòu)元之間容易移動(dòng)換位，于是物體塑性增加，趁熱打鐵就是這個(gè)道理。當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)，價(jià)和電子的速率更高，運(yùn)行的扭轉(zhuǎn)的區(qū)域更大，導(dǎo)致價(jià)磁力的方向大幅搖晃、作用點(diǎn)更加紊亂，結(jié)構(gòu)元之間失去了定向價(jià)磁力的支持，同時(shí)又受到側(cè)向電子間斥力的干擾。于是結(jié)構(gòu)元在物質(zhì)內(nèi)換位、滾動(dòng)、轉(zhuǎn)向、重組。原來的金屬物體內(nèi)力的穩(wěn)定完全瓦解，剛性徹底消失物體熔化了，相變成了液體。 1）固體 （2）塑性增加 （3）液體 （4）氣體 圖5-1 價(jià)和電子運(yùn)動(dòng)的線路與物質(zhì)的相態(tài)如圖，外橢圓表示橄欖狀球體，陰影表示價(jià)和電子在空間扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。（1）價(jià)和電子在平面穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，伴生的價(jià)磁

6、力指向穩(wěn)定，物質(zhì)呈固態(tài)。（2）價(jià)和電子在窄小空間范圍扭曲運(yùn)轉(zhuǎn)，伴生的價(jià)磁力方向不穩(wěn)，物體塑性增加。（3）價(jià)和電子在大范圍空間扭曲運(yùn)轉(zhuǎn)，伴生的價(jià)磁力方晃動(dòng)，物質(zhì)呈液態(tài)。（4）價(jià)和電子在空間呈球面繞行運(yùn)轉(zhuǎn)，價(jià)和電子包圍整個(gè)球面，價(jià)磁力沒有了方向，球面電子與相鄰的球面電子相斥，使分子球之間推開距離，物質(zhì)呈氣態(tài)。這樣，熔化的過程已經(jīng)明朗了：溫度升高，導(dǎo)致了價(jià)和電子的運(yùn)動(dòng)速率加快并由平面進(jìn)入到空間，形成了扭曲運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使得價(jià)磁力方向紊亂，結(jié)構(gòu)元之間喪失了定向的穩(wěn)定的力的連接，物質(zhì)的內(nèi)力大降，連自身的結(jié)構(gòu)都支撐不了。宏觀的表現(xiàn)就是物體喪失了穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)坍塌、熔化成了液體。 需說明的是：在液體內(nèi)部，物質(zhì)仍然以

7、結(jié)構(gòu)元的形式存在，這些結(jié)構(gòu)元成鏈、成團(tuán)、成環(huán)時(shí)合時(shí)分，不能形成整齊連續(xù)的架體結(jié)構(gòu)，但物質(zhì)內(nèi)仍有較強(qiáng)的價(jià)和力、價(jià)磁力（但方向紊亂、瞬變），正是如此才構(gòu)成了液體的內(nèi)聚力、構(gòu)成了液體分子的布朗運(yùn)動(dòng)、構(gòu)成了液體表面張力。溫度降低時(shí)液體內(nèi)結(jié)構(gòu)元間價(jià)磁力相對(duì)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)元間聚合力增大(鏈長團(tuán)大) ，宏觀的表現(xiàn)就是粘度增大、表面張力增大。在熔化過程中，最先受熱的部分結(jié)構(gòu)元的價(jià)磁力方向的紊亂，激化和干擾了鄰近的結(jié)構(gòu)元也必須加快價(jià)和電子的速率以適應(yīng)這種變化，電子加快速率必須吸收熱量（吸收周圍物質(zhì)的電磁波輻射，使周圍物質(zhì)降溫），宏觀的表現(xiàn)則是熔化時(shí)的吸熱現(xiàn)象?；r(shí)氣溫降低就是由這種吸熱所導(dǎo)致的。凝固是熔化的逆過程，是由于溫度的降低，物質(zhì)由液態(tài)相變成固態(tài)的過程。簡述為：溫度降低，價(jià)和電子速率下降，運(yùn)轉(zhuǎn)線路由空間扭曲進(jìn)入到穩(wěn)定平面，價(jià)磁力方向趨向穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)元之間的位置相對(duì)固定，宏觀的表現(xiàn)就是凝固。凝固時(shí)立交的價(jià)和電子降低速率歸順到穩(wěn)定平面，穩(wěn)定的價(jià)磁力使電子的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定并相互同步、相互適應(yīng)，所以不需要太多的能量維持運(yùn)轉(zhuǎn)，于是多余的能量就以熱量的形式釋放，這就是凝固時(shí)的放熱現(xiàn)象，釋放的就是相變潛熱。 反思 一百年來，核外電子無規(guī)律的電子云理論是不可逾越的雷池，而物質(zhì)的相變與溫度有著直接的聯(lián)系，于是研究相變的學(xué)者都把眼光投向了分子的熱運(yùn)動(dòng)，從聲子（原子的振動(dòng)）入手研究相變，因?yàn)?/p>