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第一篇：打开微观世界的大门：从分子讲起

☀分子（Molecule）是组成我们物质世界的一种粒子，分子常常通过巨量的堆积或混合直接组成物质，是最大的粒子，在它之上没有更大的粒子结构。我们平时所见到的一切除金属外的液态固态和气态的低能态物质，几乎都是由分子组成的。
那么，分子到底是长什么样子的呢？它又是如何组成物质的呢？

☀分子的组成与形状：
分子是由原子组成的，原子通常很小，因此我们不可能用一般显微镜去观察分子结构，为了一窥分子的究竟，我们需要用到一种强大的科学重器：电子显微镜。
下图分别为扫描隧道显微镜（上）电镜下的分子（下）

楼主加油！！！

☀可以看到，分子在电镜下，其实也只是个点而已，我们只能看到它的二维结构。虽然真正的分子是有空间结构的，但我们也只能看到这儿了，微观的世界不是眼睛可以理解的，接下来的旅途，必须用想象力去开拓。
我们说过，分子结构肯定是立体的，但分子的立体结构是我们看不到的。为了直观地研究这些我们看不到的东西，我们必须为它们建立科学模型，来模拟分子的组成与结构等。
模型一般有两种，一种是实物模型，一种是思维模型（数学理论模型），如果大伙在中学时都好好看过化学课本。我们会发现课本上表现分子的基本上全是这些东西。分子的思维模型主要是化学式结构式等，由于咱们不研究宪法，所以我们这里侧重讲的是大伙喜闻乐见的分子实物模型。
分子实物模型通常有球棍模型和比例模型（渗透模型）两种，从这些模型中，我们可以直观的看出分子的组成与结构，并且这些模型有与分子一样的性质，在研究一些特定问题时，我们可以把模型看做客体本身来研究，但是，我们必须明白，这些模型并不是分子本身，模型只是为了帮我们更好的理解和研究微观世界，它并不代表着微观世界本身，真正的微观世界，需要我们用想象力去把握。
（下图图1.水分子思维模型
图2.水分子的球棍模型
图3.水分子的渗透模型）

☀分子如何组成物质：液体篇
有了具体的模型，我们研究一些特定问题时也就容易了，接下来只要我们以现有的模型为基础，来探究分子是如何构成物质的。
想象一下一杯纯净水，组成水的是巨量堆积的水分子（可以用渗透模型来理解），如果你把水杯放倒，最上面的水分子将会哗啦啦滚落下来，摊开成片。其他液体的形成也是大同小异，就是一个个分子球的独立堆积，像游乐场里的海洋球一样，大量的球堆积而成的可以流动的物质就是液体。

☀前面我们讲了分子是如何堆积成液体的，接下来在我们讲分子如何构成固体和气体之前，我们有必要先了解一下分子的运动与分子间的相互作用：
将一滴墨水滴入一杯清水中，墨水的颜色会逐渐扩散，直至整杯液体的颜色变得均匀。把液体想象成分子的堆积，我们可以知道这是由于墨水的分子渗透到了水分子之间。
墨水为什么扩散呢？
原来我们的分子并非如游乐园的海洋球一样是静止的，反之，各个分子像跳跳糖一样，是处在永不停息的无规则运动之中的，所以组成墨水的分子会渗到水分子之间。这种无规则运动就叫做布朗运动（也叫热运动），物质分子在运动中所具有的动能与势能的总和，被称之为物体的内能。而布朗运动的外在表现，就是我们平时感受到的物体温度。同一物体的温度越高，表示该物体的分子运动越激烈，反之则趆平缓。
分子的热运动会造成热的扩散与传导，留一个问题给大家思考，把一杯热水倒入一杯冷水中，混合后的水温大于冷水小于热水，请从分子层面上解释这一现象。
（下布朗运动示意图）

来人啊！！！

@龙野游新 申精

☀在我们生活中都有这样的经验，将液体降温，液体会逐渐凝固成固体，拿水来说就是结冰。前面我们说过，温度是一个物体分子运动剧烈程度的一个量度，降温这个过程会使分子的运动逐渐缓和。可是，缓和下来的分子团为什么会变成固体呢？海洋球也是不动的，但它们应该还是可以流动的才对啊！
原来，分子并不是独立存在的。分子与分子之间，存在着一种如弹簧般既能吸引又会相斥的分子间作用力（次级键）。相同分子间作用力大小与分子间的距离有关，当两个分子互相靠近时，它们会同时受到不断增大的吸引力与排斥力的作用，刚开始吸引力大于排斥力，当过了某一个临界距离后，排斥力便会增长到大于吸引力。因此，处在某个临界距离上的两个分子，便像是系在一根弹簧的两端，向外拉时会受到吸引力，向内挤就会遭到排斥力。
利用分子间作用力的知识，我们可以解释许多生活中所遇到的奇妙现象，比如说为什么液体会形成液滴而不是推成一层分子薄膜等。
（下图，分子间作用力与距离的关系，我想我有必要解释一下，在力学中，正负只表示力的方向。x坐标表示两分之间的距离大小，x轴上下方的虚线表示斥力和吸引力大小随距离的变化，实线则表示它们的合力大小）

☀分子如何组成物质：固体篇
按照我们前面所了解的，分子总是处在永不停息的无规则运动之中且分子之间都是有相互作用力的。在液体中，由于分子运动相对比较剧烈，它们之间的相互作用力不能有效的将其束缚住，分子运动比较自由，所以它具有流动性（当然，液体还是在一定程度上受到分子间作用力的影响的，这也是液体为什么能形成液滴和泡沫的原因），当液体温度不断降低，分子的活跃性随之下降，无处不在的分子间作用力便会发挥主导作用，开始把分子们一个个束缚在一起，形成一个严格排列的系统（熔化则反之），这种由分子间作用力组建起来的有特定形状的物质形态，就是固态。
以纯净物为例分析，由不同分子组成的固态纯净物的存在条件和稳定性也是不同的，一般来讲，物质分子的相对质量越大，其分子间作用力越大，越容易形成固体（凝固点比较高，常温下易保持固体形态）也越牢固，比如多数金属（金属的分子就是它的原子），反之亦然，比如氢气。
固体的分子也是存在热运动的，只不过由于分子间相互作用力的束缚，它们只能像一个敲响的铜钟一样在一定范围内振动。这种振动很容易发生，也很容易停下来，在外的表现就是就同种物质而言固体升温快，降温也快（比热容较小）。固体之所以会热胀冷缩就是因为这个原因。
按照前面所了解的，我们可以知道，固体分子之间是有空间距离的，它们的分子间相互作用像弹簧一样抵抗着拉力的同时和也抵抗着压力，它们在宏观上所表现出来的固体属性，就是固体的弹性（想象一下床垫）所以说，任何固体都是有弹性的，区别只是弹性的大小罢了。不过如果力太大，就会造成永久性形变。
另外，固体还有一个性质，就是可以被压缩，如果施加在固体上的压力很大，一些分子就会被迫挤进分子间的处于力平衡的空隙之中，造成固体的密度变大。
（下图1、2，固体分子结构示意图
图3.钻石）

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