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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别松,因为在它和吸引它的中心原子核之间有另一些电子壳层,这些中间壳层把最外面的电子同中心引力隔开了。
在固体钾中,原子紧密地结合在一起,就像我们有时在水果店里看到的桔子堆成角锥形那样。每个钾原子有8个相邻原子。由于最外面的电子被控制得很松,而且许多相邻原子又如此靠近,因而任何一个最外面的电子都易于从一个相邻原子滑到另一个相邻原子。
可是,正是这些松而活动的电子,使得钾原子有可能这样紧密地结合在一起;使钾有可能易于导热和导电;也就使钾有可能变形。总之,这些松而活动的电子使钾(和其他元素以及含有这些元素的混合物)具有金属性。
现在记住,氢像钾一样,仅仅有一个电子可以为相邻原子所共享。然而,还有一个不同之处。在氢的一个(仅仅是一个)电子和中心原子核之间没有起隔离作用的电子。因此,这个电子被控制得太紧了一些,以致不能进行足够的运动来把氢转变为金属,或者迫使氢原子紧密地结合在一起。
但是,如果氢获得了外力,那会出现什么情况呢?如果氢不是由于本身电子的情况而是外界的压力迫使它们紧密地结合在一起,那又会怎么样呢?假定有足够的压力把氢原子非常紧密地挤在一起,以致各个原子都被8个、10个甚至12个近邻原子所包围。于是,每个氢原子的单个电子,不管原子核有异常强的吸引力,就可能开始从一个相邻原子滑到另一个相邻原子。这样你就会得到“金属氢”。
为了迫使氢这样紧密地结合在一起,氢原子必须处在一种近于纯粹的状态中(其他种原子的存在会产生干扰),并且不是在太高的温度下(高温会使它扩张)。氢原子还必须处在巨大的压力下。在太阳系中最接近于满足这些条件的地方是在木星的中心,因此有些人认为,木星的内部也许是由金属氢所构成的。
第87节
一个水分子通常是被描述为由两个氢原子和一个氧原子所构成(H2O)。如果所有的水分子都是如此,那它就会是低沸点的小分子。硫化氢(H2S)具有相似的但较重的分子(因为硫重于氧),它是一种气体,只要在…61。8℃时就液化。
如果水只是H2O,那么它就会在更低的温度下,也许在…80℃左右液化。
但是,可以看一看水分子的形状。三个原子构成的图形很接近于直角,而氧原子在顶点。氧与每一个氢原子共享两个电子,但这种共享不是平均的。氧对于电子具有较强的吸引力,因此,带负电荷的电子偏向于水分子中氧的那一方。这就意味着,虽然水分子整个来说是不带电的,但是水分子中氧的那一方有小量的负电荷,而两个氢原子则有小量与它平衡的正电荷。
相反的电荷互相吸引。于是两个邻近的水分子有排列起来的倾向,而使一个水分子的负氧端接近于下一个水分子的正氢端,这就构成了一个“氢键”,它的强度只是把分子中氢和氧保持在一起的普通键的二十分之一。这仍然足以使水分子有“粘性”。
由于这种粘性,水分子比没有粘性时容易结合在一起,更难以分开来。为了克服这种粘性,并使之煮沸,必须把水加热到100℃。如果温度下降到0℃,氢键的优势就是锁定水分子的位置并使之冻结为冰。如果不是因为有氢键的话,要冻结成冰,温度就要比这还要低得多。
对于像H2S(硫化氢)这样的一些分子,就不会发生这种情况,因为硫原子和氢原子对于电子具有大致相同的引力。
在一方或者另一方都没有电荷累积,因此没有“粘性”。
其次,假定在非常受限制的处所——例如在一个极其细小的玻璃管中存在着水分子。那么,这些水分子便可能自行挤成比通常更密集。一个分子的氧原子可能被迫异常近地靠近相邻分子的氢原子,以致氢键变得像普通的键一样强。这时两个分子变成了一个分子。另一个分子也许会锁定在这个双分子上,然后再锁定一个,接着又锁定一个。
结果可能有许多分子紧密地聚集在一起,将所有的氢和氧形成规则的六角形排列。所产生的复合物质是“聚合物”的一个例子。这就是“聚水”。要把这样一种物质(首先是1965年由苏联化学家报道的)分解为水蒸气的一个一个的H2O分子,必须加热到500℃左右。其次,同样由于分