一、物质是由大量分子组成的

自古以来，人们就不断地探索物质组成的秘密。早在古希腊的时候， 就有人提出物质的微粒结构的思想。两千多年以前，古希腊的著名思想家德谟克利特说过，万物都是由极小的微粒构成的，并把这种微粒叫做原子。这种古代的原子学说虽然没有实验根据，却包含着原子理论的萌芽。

科学技术发展到今天，原子的存在早已被证实。而且原子也不是不可再分的。原子能够结合成分子，分子是具有各种物质的化学性质的最小粒子①。

分子的大小 组成物质的分子是很小的，不但肉眼不能直接看到它们，就是用光学显微镜也看不到它们。怎样能知道它们的大小呢？

一种粗略测定分子大小的方法是油膜法。把油滴滴到水面上，油在水面上散开，形成单分子油膜（图 13－1）。如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油分子的直径。事先测出油滴的体积，再测出油膜的面积，就可以算出油分子的直径。测定结果表明，分子直径的数量级是 10-10 米。

现在有了能放大 200 万倍的离子显微镜，用它可以看到钨针针尖上原

子分布的图样（图 13－2）①，并且可以测出钨原子间的距离大约是 2×10-10

米。设想钨原子是一个挨着一个排列的，可以认为钨原子间的距离 2×10-10 米就是钨原子的直径。

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物理学中有各种不同的方法测定分子的大小。用不同方法测出的分子大小并不完全相同，但数量级是相符的。测定结果表明，除了一些有机物质的大分子外，一般分子直径的数量级都是 10-10 米。例如水分子直径约为4×10-10 米，氢分子的直径约为 2.3×10-10 米。

把分子看作小球，是分子动理论中对分子的简化模型。实际上，分子有它复杂的内部结构，并不真是小球。因此，说分子的直径有多大，一般知道数量级已经可以了， 它提供了关于分子大小的一个数量观念，使我们了解分子是多么微小。

阿伏加德罗常数 我们在化学课中学过，1 摩的任何物质含有的微粒数相同，这个数叫阿伏加德罗常数。

知道分子的大小，不难粗略算出阿伏加德罗常数。例如水的摩尔体积是 1.8×10-5 米 3/摩。每个水分子的直径是 4.0×10-10 米，体积约为

 π

（4.0×10-10 ） 3 = 3.0×10-29 米3。设想水分子是一个挨一个排列的，

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可以算出 1 摩水中所含的水分子数：

1.8 × 10-5 米3 / 摩

N = 3 0 × 10-29 米3

= 6.0×1023 摩−1。

早期测定阿伏加德罗常数的一种方法，就是利用油膜法测出分子直径，得出这个常数的。

阿伏加德罗常数是一个基本常数。科学工作者不断地用各种方法测量它，以期得到更精确的数值。1986 年用 X 射线法测得的数值是 N=6.0221367

×1023 摩-1。通常可取 N=6.02×1023 摩-1。在粗略的计算中可取 N=6.0×1023

摩-1。

阿伏加德罗常数是个十分巨大的数字．因此，一般物体中的分子数目都是大得惊人的。例如，1 厘米 3 水中含有的分子数约为 3.3×1022 个。假如全世界 45 亿人不分男女老少都来数这些分子，每人每秒数一个，也需要

将近 23 万年的时间才能数完。把 1 克酒精倒入容积为 100 亿立方米的水库

中，酒精分子均匀分布在水中以后，每 1 厘米 3 水中的酒精分子数，仍然

在 100 万个以上。

分子的质量 根据阿伏加德罗常数，很容易算出分子的质量。例如， 水的摩尔质量是 1.8×10-2 千克/摩，1 摩水中含有 6.0×1023 个分子，所以水分子的质量是

1.8 × 10-2 千克·摩−1

m 水 =

6.0 × 1023 摩−1

= 3.0×10-26 千克。

可见水分子质量是很小的。除了包含几千个原子的有机物大分子外， 一般分子的质量都是很小的。用同样的方法可以算出氧分子的质量是 5.3

×10-26 千克，氢分子的质量是 3.35×10-27 千克。

阿伏加德罗常数是微观世界的一个重要常数，用分子动理论定量地研究热现象经常要用到它，它是联系微观世界和宏观世界的桥梁。从上面讲的可以看出，阿伏加德罗常数把摩尔质量或摩尔体积这种宏观物理量跟分子质量或分子大小这种微观物理量联系起来了。

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