认识分子

石凯峰

一、什么是分子

据说有一天，古希腊学者德谟克利特从地上抓起一块泥土，对他的学生说：“我发现伟大的原理就隐藏在我手里这块天然的泥土中.”他把泥土弄成细末，并说道：“由于我的手指太粗糙，所以无法把泥土粉末弄成细末.但是，我们应该想到，只要有合适的工具，便能把它们分割成更小的细微粒.而且这些被分割出来的细末可以被分割成更微小的微粒.现在若问我能不能没完没了地分割下去，我的回答是不能！因为迟早我们会得到一个不可再行分割的泥土微粒，我给他取名为原子.”

当看到学生们的惊奇目光后，他又说道：“你们觉得很难接受，是不是？你们看见远处那片树林了吗？由这里望去，像是一堵密不透风的绿墙，当走进一看，穿过它并不费事，它表面上是一堵坚硬的绿墙.其实是树干和枝叶编织成的疏网……正像绿墙是由树干和枝叶组成似的，大自然的万物都是由看不见的微小粒子——原子构成.原子不能消失，但也不会无中生有.”

尽管当年的这种见解缺少科学实验的基础，但后来的历史发展表明，他的思维闪烁着真理的火花.

1811年，意大利科学家阿伏伽德罗指出，不管是化合物还是元素，它们一般都不是直接由不可分的原子组成，而是由几个原子相结合的分子构成的.例如，氢气是由氢分子构成的（如图1），水是由水分子构成的（如图2）.

按照现代科学的认识水平，我们认为所有物质都是由分子、原子构成，分子是组成物质的保持物质化学性质的最小单元.如果把分子再细分时，原有物质的化学性质就消失了.

现在请同学们思考下面这个问题：

例1 有同学认为，分子是构成物质的最小微粒，分子不可以再分，这种说法正确吗？

解析 这种说法是不正确的.分子还可以再分，例如从上面两张图中可以看到，氢分子是两个氢原子组成的，水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成，只是如果把分子再分开，那么它的化学性质就发生了变化.所以说分子是保持物质化学性质的最小微粒，但是分子并不是构成物质的最小微粒.

二、分子的大小

科学探究发现，分子非常小，一般分子的直径的数量级约为10-10m.例如，水分子的直径约为4×10-10m，如果2500万个水分子一个挨一个地排成一行，它的长度只有1cm左右，若把水分子与乒乓球相比，它们的比例就好像乒乓球与地球之比.氢气分子的直径约为2.3×10-10m，在1个标准大气压下，1cm3的任何气体约有2.7×1019个分子，让这些气体分子从容器中跑出，如果每秒跑出1亿个，约需9000年才能跑完.

分子非常小，用肉眼无法直接看到，但科学家通过显微镜能直接观察到分子.例如，用扫描隧道显微镜可以获得苯分子的图像（图3），将硅原子放大三百万倍，我们可以观察到硅原子有规则地排列着（图4）.从图片中我们还可以看到，分子与分子之间存在着间隙.

阅读了这一小节，请同学们完成下列选择.

例2 下列说法中正确的是（ ）.

A.空气中细小的灰尘就是分子

B.大雾中，我们看到空气中许多极小的水珠就是一个个小分子

C.把一块铜块锉成极细的铜屑就是铜分子

D.由于分子非常小，人们无法直接用肉眼进行观察

解析 解决本题要知道分子非常小，我们用肉眼无法直接看到.

一粒最微小的灰尘的质量约为5×10-7g，一个分子的质量数量级约为2×10-27kg，那么一粒灰尘约含有2.5×1017个分子，故A不正确.大雾中，我们看到空气中许多极小的水珠不是一个个小分子，是许许多多的水分子结合在一块的结果，故B不正确.极细的铜屑不是铜分子，是许多铜原子结合在一起的结果，故C不正确.分子的质量和体积都非常小，我们无法用肉眼直接看到，故D正确.

三、物质分子处于永不停息的无规则运动状态

物质分子都在不停地做无规则运动.分子的无规则运动和物体的整体运动是性质不同的两种运动，后者是机械运动，而前者是分子的热运动.

分子热运动的典型表现是布朗运动.1827年，苏格兰植物学家R·布朗发现水中的花粉及其他悬浮的微小颗粒不停地做不规则的曲线运动，称为布朗运动，例如，把少量墨汁用水稀释，取一滴这样的液体放在显微镜下观察，就可以看到碳粒的布朗运动.如图5所示.这是因为在显微镜下看起来连成一片的液体，实际上是由许许多多分子组成的.液体分子不停地做无规则的运动，不断地随机撞击悬浮微粒.当悬浮的微粒足够小时，受到的来自各个方向的液体分子的撞击作用是不平衡的.在某一瞬间，微粒在另一个方向受到的撞击作用强，致使微粒又向其他方向运动.这样，就引起了微粒的无规则的布朗运动.

分子的热运动的表现是多方面的.我们打开香水瓶盖，芬芳的气味扑鼻而来，并溢满整个房间，这是香水分子热运动的结果.这种现象称为扩散.

扩散现象不仅存在气体中，液体和固体中也有扩散.在两个烧杯中放入温度不同的冷水和热水，分别滴入一滴红墨水，我们可以看到，在热水中的红墨水扩散的速度更快（图6）.这表明分子运动的快慢与温度有关.

将表面平滑的铅块和金块紧压在一起，经过较长的时间，我们可以在铅的表面层发现金的成分（图7）.这是固体的扩散现象.

实验还表明，和扩散现象一样，布朗运动也随着温度的升高而愈加剧烈.这表明分子的无规则运动跟温度有关，温度越高，分子的无规则运动就越剧烈.因此，可以说温度是物质内部分子无规则运动激烈程度的标志，这也是我们把分子的无规则运动称为热运动的原因.

阅读了上述材料后，请同学们完成下列几道选择题.

例3 下列现象中不能用分子热运动的观点解释的是（ ）.

A.桂花开时，满院飘香

B.金块和铅块紧压在一起，过几年后会发现铅中有金，金中有铅

C.沙尘暴起，尘土满天

D.衣橱里的樟脑球会越变越小

解析 要解答此题，首先要知道扩散现象可以用分子运动的观点来解释.

闻到气味、物质间的相互渗透、物质的升华都是分子运动的结果，所以A、B、D三个选项正确.尘土飞扬是灰尘的一种机械运动，不能用分子运动来解释.故本题应选C.

例4 我们在实验室用酒精进行实验时，整个实验室很快就闻到了刺鼻的酒精气味，这是一种扩散现象.以下有关分析错误的是（ ）.

A.扩散现象只发生在气体、液体之间

B.扩散现象说明分子在不停息地运动

C.温度越高时扩散现象越剧烈

D.扩散现象说明分子间存在着间隙

解析 扩散现象表示分子在不停地运动，温度越高，扩散得越快，表示分子运动越剧烈.

固体也有扩散现象，例如，墙角处长时间堆放煤，则在墙壁里也会有煤出现，这是一种固体间的扩散现象，表明固体分子也是运动的，故A不正确；扩散现象的原因就是分子在不停地运动，温度越高，扩散得越快，表示分子运动越剧烈.所以B、C两种说法是正确的；只有分子之间存在着间隙，物质才能够相互进入对方，所以D这种说法也是正确的.故本题选A.

例5 下列关于布朗运动的说法中，正确的是（ ）.

A.布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动

B.布朗运动是指在显微镜下观察到的悬浮固体颗粒的无规则运动

C.布朗运动是指液体分子的无规则运动

D.布朗运动是指在显微镜下直接观察到的液体分子的无规则运动

解析 布朗运动是悬浮微粒不停地做无规则运动的现象，反应的不是微粒运动的无规则性，而是分子运动的无规则性.

布朗运动是指悬浮颗粒的无规则运动，不是悬浮颗粒的固体分子的无规则运动，也不是液体分子的运动，所以A、C选项错误；分子是不可能用一般显微镜直接看到的，所以D选项也是错误的.因此本题选B.