给孩子的化学通识课-08分子与结构:保持化学性质的最小单位是什么?
上一讲我们介绍了原子模型,这是我们解读物质的最基础模型。接下来我们就在这个基础上进行升级,来讲讲分子模型。
分子模型是我们理解物质结构的第二个基础模型。只要中学学过化学,你一定背过这句话。分子是保持化学性质的最小单位,可能当时背完就算了。你可能并不明白为什么分子是保持化学性质的最小单位呢?我来给你打个比方,如果我们把原子比作英文字母的话,那么分子就是词根,是保持英文单词含义的最小单位。用我们现代人的视角来看,分子模型就是原子模型的升级版。
这里面的逻辑我们可以借助于宏观世界来推演。假如把物质世界比作是房子,那么原子就相当于是一些基础原料。比如说砖瓦、水泥、钢筋、木料等等,他们通过不同的组合方式构建成了亭台楼阁或者是摩天大厦等等。这些建筑物就相当于是一个个分子。如果你打算在北京西山买一栋别墅的话,可能不太关注它是钢筋混凝土建的还是红砖砌的,反而会很关心别墅外在的轮廓和内里的户型。对于物质世界来说也是同样的道理。这里面最值得关心的就是一个个分子的结构和性质。所以说物质的化学性质就是要由分子来体现。
我们在第二讲曾经讲过的,宏观并不是微观简单的线性叠加。所以说分子也不是原子简单的拼接在一起。这就好像说水是由水分子构成的,它里面有氢原子和氧原子。但是水分子形成之后就不再是氢和氧的状态了,所以你完全观察不到氢和氧的化学性质。
于是200年前意大利有个科学家叫阿斯加德罗,他率先提出了分子模型。但是在当时连原子都是靠猜测,所以他的很多同行都觉得这个分子模型太不可思议了,特别是化学权威贝塔尼欧斯,他是反驳分子论最凶的化学家之一。老辈就认为如果有原子,那么原子是靠电荷作用凝结在一起形成了物质,而不是说形成了分子之后再构成物质。既然老前辈都发话了,年轻的小就只能是坐冷板凳。这事儿其实也不能怪当时的主流化学家,就像我们在第三讲所说的,化学很重视实验结果,任何模型的提出除了要做到有理,还要做到有据。但是在小阿生活的那个年代,并没有太多证据能够支撑分子论,直到半个世纪之后,小阿都去世了,分子模型才得到了认可。
当时科学家们为了一个问题吵得天昏地暗,什么问题呢?就是水电解之后,为什么氢气和氧气的比例永远是2比1?现在我们都知道一个水分子是两个氢原子和一个氧原子字构成的,这个问题很好解决。但是在当时连科学家都没有办法判断水的微观结构……