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第17章 气体分子究竟有多小?

无论是什么种类的气体分子都非常小。举例来说,一个氧气分子是由两个氧原子组成的,一个氮气分子是由两个氮原子组成的。每个分子的大小只有一英寸的一亿或十亿分之几。我们很难提到地球上的空气,我们首先会想到的就是氧气。其实,地球的大气层是由多种气体混合在一起的。随意抽取一个想象把一英寸分成十亿份会是怎样的。不过我们可以拿空气分子和食盐晶体作一个比较,来感受一下它的大小。就像杰拉尔德·范伯格和罗伯特·夏皮罗这两位科学家在他们的著作《地球以外的生命》中所描述的那样。

把一小撮盐放在你面前的桌子上,试着从中分离出一颗微小的盐粒。现在把自己想象成在仙境里面梦游的爱丽丝,你的身体不断的缩小、缩小、再缩小。那颗盐粒仿佛在你眼前变大,直到和婴儿车一般大小。那么你接着缩小,盐粒又变成了房子那么大。你继续缩小,盐粒越来越高,如同帝国大厦一样,高耸如云。

但是,要想通过和盐粒的比较来知道空气分子的大小,你缩小得还远远不够。随着你感觉自己越来越小,盐粒的顶端已经在视线里消失了,直到盐粒达到100个帝国大厦那么高。

忽然间,你看见有个像警车顶灯一样的东西从头上飞速闪过。如果可以的话,伸手抓住它。摊开手掌心,是个顶灯——其实它就是气体分子了。这时再将它与那颗有100座摩天大楼高的盐粒做下比较,这样你就知道气体分子到底有多小了。

首先,我们先来说说固体、液体和气体:在固体中,分子之间有着很强的吸引力,它们紧紧地粘在一起。这就是为什么固体都有着一定的形状,比如一张床或一个球。不过,尽管固体中的分子互相抓得很紧,它们还是会经常有一些振动的。(在自然界里,没有什么东西是可以完全站立不动的。)

在液体中,分子的排列比较松散一些。它们相互之间是会滑来滑去的。这解释了液体为什么能够流动,又是如何伸展开装进容器的。

但是在气体中,分子之间并不互相吸引。它们以非常快的速度四处飞散。(在32华氏度的空气中,氢气原子移动的平均速度为每小时3,600英里。)而气体分子之间也通常有着很大的空隙。

我们可以轻而易举地穿过气体,甚至发现不到它的存在。

温度是决定一种物质呈现固体、液体还是气体形态的主要因素。根据每天空气对地球表层施加的压力,水在华氏32度或以下呈现出固体的状态——冰。而在华氏32度和212度之间,水呈现液态。在华氏212度或以上,水就成了气体——水蒸汽。当水壶沸腾的时候,我们就能看到它弥漫在四周。

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