06.04 原子中绝大部分空间都是空的,那么我们能将它缩小吗?其实很简单

上一篇文章我们说到了关于原子大小的一个数据,就是一滴水中就大约有5000亿亿个原子,然而原子虽然已经这么小了,但在它的内部却又是十分的空旷,因为原子是由电子、质子和中子构成的,质子和中子构成了原子核,电子则在外面围绕原子核运行,它的运行速度非常快,不过现在科学家们不再关注电子的速度,而是多以电子云的概念来理解原子。

原子中绝大部分空间都是空的,那么我们能将它缩小吗?其实很简单

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为了便于理解原子内部有多么的空旷,我们还是打一个这样的比方吧:假如一颗氢原子(氕)的原子核是一个直径一米的球体,那么围绕它运行的电子还不如一个乒乓球大,但是它的距离却远在原子核30公里之外,运行的速度也非常快,从原子核边上看过去,好像满天都是这个电子,那么如果从原子的外面看上去,这个电子已经围绕原子核旋转成了一颗球体,直径可达60公里,但是在这么大的一个大球中,可观测到的物质却只有一个质子和一个电子,总体积还不到1立方米,所以如果把原子比作太阳系,那么原子里面甚至比太阳系还要空旷。

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这样我们或能感受到原子的里面到底有多么空旷了吧!那么我们能将原子这样的体积压缩吗?其实原子的体积从来都不是确定的,在不同的环境中,它的体积的变化很大,其实要想缩小原子的体积很轻松,我们平时就经常做这样的事情。

比如我们给自行车打气,当我们将打气筒中的空气向下压缩的时候,一筒子空气压到只有原来体积的几分之一,在这一过程中,原子间的距离就会被压缩,相应的原子的电子与原子核的距离也会被压缩一些,只是幅度比较小罢了,但是原子体积肯定会有一些变化的。

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其实不单是打气的现象,我们平时看到的很多物理和化学现象,比如加热或者冷冻,或者某些元素的发生化学反应的现象,都会在原子的层面造成状况上的改变,这也会在一定程度上改变原子的体积。

我们再以氢原子来说,太阳系的最大行星木星上就有着丰富的氢元素,氢原子的体积变化在木星上就体现得比较明显:木星的大气层中就有大量的氢元素,含量占到了木星大气层的90%,随着木星大气层从表层到底层的深入,其中氢原子的体积就在不断的缩小中,木星大气层的底部是液态氢的海洋,就是氢气已经被压成了液体,这里的氢原子的体积就会比木星大气层中氢原子的体积小很多,而液态氢的海洋下面是金属氢,就是氢气已经呈现出了固态的金属性质,其中氢原子体积相对液态氢又会小一些。

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但金属氢并非氢元素体积最小的时候,在太阳的内部,体积更小的氢原子会由于高温高压的作用被合成为氦原子,当太阳演化的老年的时候,氢元素被消耗殆尽,碳和氧元素将会占据绝大部分,由于压力不足以使氧继续进行核聚变,所以太阳将成为一颗白矮星,其自身巨大的引力将促使电子在原子核之间流动,所以白矮星就像一个等离子体球,其中原子的体积就非常非常小了。

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不过能彻底终结原子状态的是中子星,当原始质量在太阳的8到30倍之间的大质量恒星发生超新星爆发的时候,巨大的压力会将电子直接压到原子核的质子里面,形成一颗中子,那么如果这时候我们再以前面讲的“直径60公里的空旷原子”的比方来形容此次原子的体积,实际上它已经从我们认为的常态下的直径60公里大小变成了直径1米大小,变化之大很惊人吧。

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中子星可以终结原子状态,但是黑洞却可以毁灭原子,因为黑洞可以将这个“直径1米大小的球体”进一步压碎,具体能压到有多小?还没有人知道,因为我们对黑洞中的世界目前还一无所知。

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