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

1、核外電子的運(yùn)動(dòng)與晶體若按現(xiàn)有理論，無(wú)規(guī)則的電子云的耦合如何能構(gòu)成晶體？就算是形成了晶體，那所有的晶體將是呆板雷同的。 摘要：結(jié)構(gòu)元按空間幾何位置規(guī)則分布，構(gòu)成了晶體的各原子精確排布，構(gòu)成了自然界的晶體。金屬的價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在垂直于運(yùn)轉(zhuǎn)平面所伴生的磁場(chǎng)力價(jià)磁力聯(lián)接，組成了金屬物質(zhì)的內(nèi)聚力，也構(gòu)建了金屬物體的各種特性。關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)元 價(jià)和力 伴生 磁場(chǎng)力 價(jià)磁力 事實(shí) 自然界的物體，金、銀、銅、鐵等各種金屬，硅、磷、鹽、糖、冰、雪等各種非金屬物及化合物，大部分都是以晶體形式存在。晶體的各原子精確排布，穩(wěn)定重復(fù)，結(jié)構(gòu)極具規(guī)律。價(jià)電子數(shù)相同的元素，其晶體結(jié)構(gòu)往往雷同。如金、銀、銅等價(jià)金屬它們的晶體結(jié)

2、構(gòu)全部是面心立方體；價(jià)的鐵、鎳的晶體是體心立方；價(jià)的碳、硅的晶體則是金剛石結(jié)構(gòu)。價(jià)金屬體不可能呈現(xiàn)金剛石晶體結(jié)構(gòu)，晶體的構(gòu)成與原子的價(jià)電子數(shù)密切相關(guān)。分析 晶體是由原子組成，晶體原子有幾個(gè)價(jià)電子，就能構(gòu)成幾個(gè)結(jié)構(gòu)元，即：原子有幾個(gè)價(jià)電子，就有幾個(gè)結(jié)構(gòu)元環(huán)繞。因此，周圍核心只有按一定的空間幾何位置分布，才能使得價(jià)和電子運(yùn)行線路最短，以利共同控制。正是結(jié)構(gòu)元按空間幾何位置規(guī)則分布，構(gòu)成了晶體的各原子精確排布，構(gòu)成了自然界的晶體。如族元素碳、硅等，其外層有個(gè)價(jià)電子，這個(gè)電子在空間繞自身與周圍空間相鄰的個(gè)核心進(jìn)行價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)成了個(gè)輻射狀的結(jié)構(gòu)元。該族所有的原子都像這樣1個(gè)連著個(gè)，向周圍空間均勻、有序地

3、排布，從而構(gòu)成了穩(wěn)定的晶體，形成了族晶體結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)（見(jiàn)下圖）。 金剛石結(jié)構(gòu) 菱方結(jié)構(gòu) 圖 晶體的結(jié)構(gòu)同樣的，族元素如砷，其一個(gè)原子通過(guò)個(gè)結(jié)構(gòu)元在空間與個(gè)原子連接，形成了菱方結(jié)構(gòu)的晶格（見(jiàn)圖4-1右）。在價(jià)電子大于3的固態(tài)的單質(zhì)或化合物中，原子也都是整齊有序地排列，形成各種晶體，價(jià)和力是這類物質(zhì)的主要內(nèi)聚力。價(jià)電子數(shù)等于或小于3的金屬物質(zhì)，如金、銀、銅原子只有1個(gè)價(jià)電子，兩個(gè)原子結(jié)合起來(lái)只能建立1個(gè)結(jié)構(gòu)元，這許多單個(gè)結(jié)構(gòu)元如何建立有序的空間結(jié)構(gòu)？在J 2章我們講到，電子的運(yùn)動(dòng)伴生著磁場(chǎng)。作直線運(yùn)動(dòng)的電子伴生著旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電子則在其旋轉(zhuǎn)平面中心的垂直方向伴生著平行的磁場(chǎng)。 當(dāng)金屬的

4、價(jià)和電子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在旋轉(zhuǎn)平面中心產(chǎn)生著南北向的較強(qiáng)的磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)力南北極相互吸引，把結(jié)構(gòu)元相互緊緊吸引在相對(duì)固定的位置。于是這就形成了構(gòu)成物質(zhì)內(nèi)另一種內(nèi)聚力，我們把價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在垂直于運(yùn)轉(zhuǎn)平面所伴生的磁場(chǎng)力簡(jiǎn)稱為價(jià)磁力。 價(jià)和結(jié)構(gòu) 價(jià)磁力結(jié)構(gòu) 圖上圖為金屬物體（如銅、銀、鋁）的結(jié)構(gòu)示意：棱形表示價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)軌道所在的平面，上下兩平面相互平行，價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)所形成的價(jià)磁力南北極相互吸引，使結(jié)構(gòu)元相互緊緊吸引，位置相對(duì)固定。同時(shí)還有處在與此平面垂直位置的價(jià)和電子的運(yùn)轉(zhuǎn)，形成三維方向的價(jià)磁力，構(gòu)成了晶體，構(gòu)成了金屬結(jié)構(gòu)。由于金屬結(jié)構(gòu)元間是靠?jī)r(jià)磁力維系其結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)元如同微型磁鐵相互吸引，結(jié)合在

5、一起構(gòu)成了金屬體。受到較大外力時(shí),結(jié)構(gòu)元之間能相互滑移換位，重新結(jié)合，這種滑移換位的宏觀的表現(xiàn)是金屬具有較好的延展性和塑性。由于金屬結(jié)構(gòu)元間是靠高速運(yùn)轉(zhuǎn)的價(jià)和電子所伴生的價(jià)磁力維系其結(jié)構(gòu)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的價(jià)和電子伴生著電磁波，故金屬內(nèi)的電磁波穩(wěn)定、有序、相互接力，這樣的電磁波密集強(qiáng)大，形成整體。自然光波不僅不能進(jìn)入金屬內(nèi)，反而被密集的電磁波所反射，所以光潔的金屬表面有漂亮的金屬光澤。結(jié)論 原子核對(duì)電子的引力沒(méi)有邊界，相鄰原子相互吸引對(duì)方的外層電子，形成了價(jià)電子共享，形成了結(jié)構(gòu)元，構(gòu)成了原子之間相互聯(lián)接的力。金屬的價(jià)和電子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在垂直于運(yùn)轉(zhuǎn)平面所伴生的磁場(chǎng)力價(jià)磁力聯(lián)接，組成了金屬物質(zhì)的內(nèi)聚力，形成了金

6、屬物體的各種特性。非金屬物質(zhì)靠?jī)r(jià)和力構(gòu)成了各種晶體的形體結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了物體的強(qiáng)度，導(dǎo)致了物質(zhì)的各種特性，構(gòu)成了豐富多彩的物質(zhì)世界。價(jià)和力、價(jià)磁力實(shí)質(zhì)上是來(lái)源于原子核對(duì)電子的引力，大自然把一個(gè)引力、不同元素的數(shù)個(gè)核外電子，演繹成如此精彩紛呈的物質(zhì)世界，簡(jiǎn)潔天成、系統(tǒng)和諧，實(shí)在是鬼斧神功。價(jià)和力、價(jià)磁力實(shí)質(zhì)上是原子核對(duì)電子的引力促成價(jià)和電子向心運(yùn)動(dòng)所致，也就是說(shuō)原子之間是通過(guò)價(jià)和電子的向心運(yùn)轉(zhuǎn)而維持其相對(duì)位置的。聯(lián)想到宇宙天體、世上萬(wàn)物無(wú)不是在引力和向心力的作用上而保持其相對(duì)位置，這種不謀而合使得自然的法則更加和諧、系統(tǒng)。 反思 面對(duì)世上各種物質(zhì)的構(gòu)成，現(xiàn)代物理學(xué)、化學(xué)奉行著各種鍵理論，見(jiàn)到金屬物質(zhì)就建立金屬鍵理論，面對(duì)非金屬晶體就提出共價(jià)鍵理論，面對(duì)化合物就建立離子鍵理論，這些種盲人摸象的理論十分牽強(qiáng)：電子云的重疊如何能耦合成鍵？使物體結(jié)合的鍵力是從哪里來(lái)的？熔化時(shí)這些鍵如何喪失，凝固時(shí)鍵又如何形成？正是因?yàn)閮r(jià)電子的價(jià)和運(yùn)轉(zhuǎn)在每個(gè)原子的周圍構(gòu)成了相應(yīng)數(shù)目的結(jié)構(gòu)元，才構(gòu)成了如此多姿的晶體世界，若按傳統(tǒng)理論，只考慮原子間的引力與斥力，無(wú)規(guī)則的電子云的耦合如何能構(gòu)成晶體？就算是形成了晶體，那所有的晶體將是呆板雷同的。