(重慶)化學(xué)教學(xué)素材：核外電子的運動與晶體

1、核外電子的運動與晶體若按現(xiàn)有理論，無規(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。金屬的價和電子運轉(zhuǎn)時在垂直于運轉(zhuǎn)平面所伴生的磁場力價磁力聯(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 價和力 伴生 磁場力 價磁力 事實 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、銅等價金屬它們的晶體結(jié)

2、構(gòu)全部是面心立方體；價的鐵、鎳的晶體是體心立方；價的碳、硅的晶體則是金剛石結(jié)構(gòu)。價金屬體不可能呈現(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，晶體原子有幾個價電子，就能構(gòu)成幾個結(jié)構(gòu)元，即：原子有幾個價電子，就有幾個結(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，才能使得價和電子運行線路最短，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，其外層有個價電子，這個電子在空間繞自身與周圍空間相鄰的個核心進行價和運轉(zhuǎn)，構(gòu)成了個輻射狀的結(jié)構(gòu)元。該族所有的原子都像這樣1個連著個，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，其一個原子通過個結(jié)構(gòu)元在空間與個原子連接，形成了菱方結(jié)構(gòu)的晶格（見圖4-1右）。在價電子大于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，價和力是這類物質(zhì)的主要內(nèi)聚力。價電子數(shù)等于或小于3的金屬物質(zhì)，如金、銀、銅原子只有1個價電子，兩個原子結(jié)合起來只能建立1個結(jié)構(gòu)元，這許多單個結(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，電子的運動伴生著磁場。作直線運動的電子伴生著旋轉(zhuǎn)的磁場，作旋轉(zhuǎn)運動的電子則在其旋轉(zhuǎn)平面中心的垂直方向伴生著平行的磁場。 當(dāng)金屬的

4、價和電子高速運轉(zhuǎn)時，在旋轉(zhuǎn)平面中心產(chǎn)生著南北向的較強的磁場，這些磁場力南北極相互吸引，把結(jié)構(gòu)元相互緊緊吸引在相對固定的位置。于是這就形成了構(gòu)成物質(zhì)內(nèi)另一種內(nèi)聚力，我們把價和電子運轉(zhuǎn)時在垂直于運轉(zhuǎn)平面所伴生的磁場力簡稱為價磁力。 價和結(jié)構(gòu) 價磁力結(jié)構(gòu) 圖上圖為金屬物體（如銅、銀、鋁）的結(jié)構(gòu)示意：棱形表示價和電子運轉(zhuǎn)軌道所在的平面，上下兩平面相互平行，價和電子運轉(zhuǎn)所形成的價磁力南北極相互吸引，使結(jié)構(gòu)元相互緊緊吸引，位置相對固定。同時還有處在與此平面垂直位置的價和電子的運轉(zhuǎn)，形成三維方向的價磁力，構(gòu)成了晶體，構(gòu)成了金屬結(jié)構(gòu)。由于金屬結(jié)構(gòu)元間是靠價磁力維系其結(jié)構(gòu)，每個結(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,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)元間是靠高速運轉(zhuǎn)的價和電子所伴生的價磁力維系其結(jié)構(gòu)，高速運轉(zhuǎn)的價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大，形成整體。自然光波不僅不能進入金屬內(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 原子核對電子的引力沒有邊界，相鄰原子相互吸引對方的外層電子，形成了價電子共享，形成了結(jié)構(gòu)元，構(gòu)成了原子之間相互聯(lián)接的力。金屬的價和電子運轉(zhuǎn)時在垂直于運轉(zhuǎn)平面所伴生的磁場力價磁力聯(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)靠價和力構(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。價和力、價磁力實質(zhì)上是來源于原子核對電子的引力，大自然把一個引力、不同元素的數(shù)個核外電子，演繹成如此精彩紛呈的物質(zhì)世界，簡潔天成、系統(tǒng)和諧，實在是鬼斧神功。價和力、價磁力實質(zhì)上是原子核對電子的引力促成價和電子向心運動所致，也就是說原子之間是通過價和電子的向心運轉(zhuǎn)而維持其相對位置的。聯(lián)想到宇宙天體、世上萬物無不是在引力和向心力的作用上而保持其相對位置，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，見到金屬物質(zhì)就建立金屬鍵理論，面對非金屬晶體就提出共價鍵理論，面對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：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的？熔化時這些鍵如何喪失，凝固時鍵又如何形成？正是因為價電子的價和運轉(zhuǎn)在每個原子的周圍構(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。