§2 原子和分子

事实上，“原子”这个名字本身就具有不可再分的含义。提出它的古希腊人德谟克利特（Democritus）认为物质是由一些不可再分的原子构成的， 不同的物质是不同的原子组合而成的。虽然，这种观点当时遭到一些人如亚里士多德（Aristotle）的反对，但在今天看来，这种观点却是非常合理的。

我们知道，自然界的物质都是由分子构成的。不同分子的大小和结构很不相同。有的分子只由单个原子组成；而 绝大多数分子是由多个原子组成的， 并且组成它们的原子的数目和种类也是不同的。许多种物质的分子是由不同种元素的原子构成的，它们被称为化合物。

自然界已知存在着一千几百万种化合物，分别由各自的分子组成。在原子世界中来看，虽然这些化合物的分子千差万别，但它们都是由 111 种元素的原子结合而成。在这 111 种元素当中，最轻的元素是氢，化学符号为 H， 它的原子序数为 1，原子量为 1.00794，是宇宙中含量最丰富的元素；最重的已经确定化学符号的元素则是符号为 Mt 的人造元素，它的原子序数为 109， 原子量为 266.1378，它是不稳定的，半衰期为 3 微秒。1994 年 11 月发现了原子序数为 110，原子量约为 269 的元素，它也是不稳定的，半衰期约为几千分之一秒，其化学符号还未规定。一个月之后又发现了原子序数为 111， 原子量约为 272 的元素，它也是不稳定的，半衰期约为千分之四秒，其化学符号也还未规定。

这 111 种元素原子的质量相差很大，但他们在固体状态下平均每个原子所占体积却相近。把某种固体物质的分子量用阿伏伽德罗常数去除，就得到以克为单位的每个分子的质量。再用以每立方厘米克为单位的这种物质的固体密度去除，就得到固体状态下这种物质每个分子所占的体积。我们可以这样来考察固体状态下各种元素每个原子所占的体积。原子世界的尺度是非常小的，常用埃 作为长度的单位。例如，在常温下是固体的元素中，原子量最小的是锂，锂的原子量为 6.941，金属锂的密度很小，是每立方厘米 0.534

克，这样，金属锂中每个原子所占的体积相当于边长为 2.78 埃的立方体。铀原子量为 238.0289，是锂原子量的 34.3 倍，金属铀的密度很大，是每立方厘米 18.95 克，这样，金属铀中每个原子所占的体积和锂几乎相等，也相当

于边长为 2.75 埃的立方体。取从锂到铀的 14 种常温下为固体的元素，按上面的方法计算固体中平均每个原子所占体积立方体的边长，结果列如下表。从表中可以看到，尽管各种元素的原子量不同，但其中每个原子所占体积的边长都在 2.00 埃到 3.12 埃之间。

阿伏伽德罗（Ameldeo Avogadro）是意大利自然科学家，曾提出著名的阿伏伽德罗定律，即在同温同压的条件下，具有相同体积的任何气体所含的分子数都相等。化学上以他的名字命名的阿伏伽德罗常数指的就是 1 摩尔物质所含的微观微粒数目，它是一个普适常数，给出了宏观世界和微观世界的联系。