科学探索:物质属性的根源

大千世界,五彩缤纷;材料多样,奇趣梦幻。假若没有多样的物质,人类就无法制造出多彩的世界。

你有没有想过:为什么宇宙中拥有多样的物质?又是什么赋予了物质不同的属性?

比如,水的柔韧、温凉、流动等特性,火的光亮、炽热等特点,钢的坚硬,木的柔韧等属性。

这一切的属性是如何产生的?

导致不同物质属性差异的原因在哪里?

物质(材料)属性的根源


科学探索:物质属性的根源



学过化学元素周期表就会知道,宇宙中的一切物质都是由化学元素组合而成的。化学元素又依照原子序数的大小进行划分。总之,如果将物质进行“还原”,最后得到的是原子核及核外电子。

由于,原子核数(核内质子和中子数)及核外电子数的不同,形成了不同的化学元素及同位素。比如,氢的原子序数为1(核内1个质子,核外1个电子),它的同位素有氕氘氚;氦的原子序数为2(核内2个质子和中子,核外2个电子)。

不同化学元素之间相互结合,形成了不同的原子(原子是物质的最基本单元)。氢元素按其化学组合方式可以结合成氢气(两个氢元素结合成氢气);核元素可以结合成氦气(两个氦结合成氦气)。宇宙中任何物质都具有特有的属性。如,氢气是一种易燃气体,氦气是一种惰性气体(不能燃烧)。

属性的本质:一切物质属性本质是构成该物质的化学元素“内部组成”(微观原子核及核外电子之间的相互作用)在宏观所呈现的效果。物质属性是微观作用力在宏观物质层面的延伸表现。

影响物质属性的因素:1、原子的构成。即原子核及核外电子数。拥有不同数量的原子核或核外电子数就会形成不一样属性的物质。

1)元素的种类

2)不同元素之间组合方式

当原子与原子结合就会组合成分子。我们知道水分子(H2O)就是有两个氢原子和一个氧原子组成的。水分子具有氢气和氧气完全不同的属性。

当分子与分子结合就会合成更复杂的物质。比如,氨基酸分子可以组合成蛋白质,蛋白质可以形成肌肉组织,甚至生成器官。越复杂的物质拥有更奇特的性质。

影响物质属性的因素:2、元素组合的复杂程度。即伴随物质复杂的组合过程会产生新的物质属性。

结论:物质的属性本质是由元素组成和作用力形成的。

物质复杂性组合的方式有:

1、由单一结构到复杂模型。即结合化学特性对化学元素进行复杂组合。

2、空间几何结构。探寻空间几何对化学元素组合产生的影响。

3、环境差异。探索不同自然属性下对化学元素组合产生的影响。比如,温度、压强、湿度等自然状态下的属性。

一位来自中国的“天才少年”曹原及其团队发现,将两层石墨烯叠加在一起,当转角接近魔角(Magic angle)即1.1°、同时温度环境达到1.7K(-271℃)时,就会表现出非常规超导电性。这种新发现的特性,解决了困扰全世界107年的难题。他因此荣登世界顶级科学期刊《自然》,位居2018年度十大科学家之首!

开拓物质属性,制作新型材料,是未来世界科技发展的重点。然而,这一切工作的首要任务就是弄清楚属性的本质是什么?

有哪些因素决定物质的属性!


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