基础与物质的状态
原子间作用力
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想象每个原子都用一根根细小的弹簧连着它的邻居——拉得太远,弹簧就往回拽;挤得太近,弹簧就往外顶。原子的行为确实有点像这样,而它们之间的这些推与拉,就叫原子间作用力。它们是决定物质能否凝聚成形的胶水。
这些力源自原子尺度上的电:邻近原子那带负电的电子与带正电的原子核彼此吸引、又彼此排斥。在合适的距离上,净的吸引把原子维系在一起;可一旦把它们挤得更近,排斥便迅猛增长,这正是固体抵抗被压碎的原因。那个平衡点——拉与推恰好抵消之处——就是原子偏爱安坐的天然间距。
这之所以重要,是因为原子间作用力几乎决定了材料的每一项性质:它有多坚固、要多热才熔化、受热时膨胀多少。一个常见的误解是以为只有一种键;其实有好几种不同的「口味」——离子键、共价键、金属键,以及范德华力这类更弱的——究竟由哪一种主导,决定了你得到的是金刚石、食盐、铜,还是蜡烛油。
金刚石是天然最硬的材料,因为它的碳原子被异常强劲、坚挺的力束缚着;而铅笔里的石墨由完全相同的碳构成——只是它的层与层之间力很弱,所以轻轻一碰就剥落到纸上。
同样的碳原子,作用力却大不相同:金刚石坚硬,石墨易剥落。
原子间作用力同时既吸引又排斥:距离大时吸引占上风,距离小时排斥占上风,所以原子停在两者恰好平衡之处,而不是直接贴在一起。
又称
另见