【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。?

第一章分子運(yùn)動(dòng)論?

【山話||? 由于單位“摩爾”是在1975年才正式確立，而原教材是60年代的成果，因此此處使用的單位是“克分子”和“克原子”，換算關(guān)系：1克分子=1mol分子，1克原子=1mol原子】

§1-4分子間的相互作用力

【01】既然任何物體都是由彼此之間有空隙的分子組成的，那么，為什么液體和固體的體積都很不容易改變，而且固體還能保持自己原來的形狀呢？如果分子之間沒有相互聯(lián)系，那么，為什么物體不會(huì)自動(dòng)地分成為一個(gè)一個(gè)的分子呢？大家知道，切割金屬，拉斷繩子，劈開木柴，都要用很大的力。這些現(xiàn)象說明，組成物體的分子間有引力的作用。每一個(gè)分子都吸引它鄰近的分子，同時(shí)每一個(gè)分子也受到它鄰近分子的吸引。

【02】少數(shù)分子間的相互吸引力是覺察不到的。但是，當(dāng)大量的分子相互作用時(shí)，它們總的吸引力就十分顯著。分割固體或液體，就是要讓這些物體的分子彼此離開，因此我們必須克服分子間的引力。

【03】但是，分子間的引力只有當(dāng)它們很接近的時(shí)候，才能顯示出來。把破碎的玻璃片拼在一起，并不能使它們成為完整的玻璃，這是因?yàn)槲覀冎皇鞘股贁?shù)的分子相互接近，而其余的分子彼此間還保持著相當(dāng)?shù)木嚯x，因此，總的吸引力是非常小的。如果把玻璃片加熱，使它變軟，這時(shí)就有大量分子彼此接近到分子間的吸引力發(fā)生作用的距離，因而顯示出很大的相互吸引力，這樣就能夠把破碎的玻璃片接合起來。

【04】取一個(gè)分子作為球心，以分子引力能夠作用到的最大距離作為半徑，畫一個(gè)球，那么，凡是在這個(gè)球里面的分子，都能和處于球心的分子相互吸引；而在這個(gè)球外面的分子，實(shí)際上和處于球心的分子沒有相互作用。按照這樣規(guī)定畫出的球叫做分子作用球。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以計(jì)算出分子作用球的半徑，這個(gè)半徑的數(shù)量級(jí)是10??厘米。

【數(shù)量級(jí)是量度或估計(jì)物理量的大小常用的一種概念，例如地球的赤道半徑是6378公里，可以寫成6.378×103公里，于是，我們說它的數(shù)量級(jí)是103公里；真空中的光速約為3×101o厘米/秒，它的數(shù)量級(jí)就是101o厘米/秒；又如氫分子的質(zhì)量約為3.3×10?2?克，它的數(shù)量級(jí)就是10?2?克】

【05】在一定的范圍內(nèi)，分子間的距離越小，它們之間的相互吸引力就越大；因此，同一種物質(zhì)由于所處的物態(tài)不同，分子間的吸引力也不同。

【06】在固態(tài)時(shí)，分子間的距離最小，所以分子間的吸引力最大。這就是固體能夠保持自己的體積和形狀的原因。下面的實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)固體分子間存在著巨大的吸引力。

【07】在實(shí)心鉛制圓柱體的兩端，裝上兩個(gè)環(huán)，把圓柱體切斷，然后使切開的這兩部分相接觸，并且用力壓緊它們，以便使這兩部分盡可能地緊密靠攏。于是，由于分子吸引力的作用，這兩部分就連接成一整塊。把鉛柱的一個(gè)環(huán)掛在架上（圖1·2），再在下面的環(huán)上掛上相當(dāng)重的砝碼，這時(shí)，圓柱體的兩部分也不會(huì)被拉開。

【08】在液態(tài)時(shí)，分子間的距離比固態(tài)時(shí)大，所以分子間的引力比固態(tài)時(shí)小。因而液體沒有一定的形狀，具有流動(dòng)性，并且在分割時(shí)所需要用的力也較小。但是，液體分子間的吸引力已經(jīng)足以使液體分子聚集在一起而不致于飛散；因此，液體也具有一定的體積。

【09】兩滴水銀相互接近時(shí)能夠自動(dòng)地結(jié)合成為一滴的現(xiàn)象，就是液體分子間具有吸引力的表現(xiàn)。

【10】我們可以通過簡單的實(shí)驗(yàn)來看一下液體分子間的吸引力有多大。

【11】在彈簧秤的下端水平地懸掛一塊玻璃，使玻璃片接觸水面，這時(shí)玻璃片就粘附在水面上（圖13）。當(dāng)玻璃片脫離水面時(shí)，彈簧秤的讀數(shù)會(huì)有明顯的增大。玻璃片脫離水面以后，可以看到玻璃片朝下的一面沾有薄薄的一層水。這一點(diǎn)說明，玻璃片脫離水面時(shí)使兩層水發(fā)生了分裂，而使玻璃片離開水面所用的力，就是用來克服兩層水分子間的吸引力。

【12】在不同的物質(zhì)中，分子間的吸引力大小是不同的。大家知道，銅絲比鋼絲容易折斷，水比水銀容易分割。

【13】上面我們所討論的都是同一種物質(zhì)分子間的吸引力，實(shí)際上，不同物質(zhì)的分子間也存在著吸引力。在上述實(shí)驗(yàn)中，玻璃片朝下的一面沾有薄薄的一層水就說明了水分子和玻璃分子間是存在著吸引力的。平時(shí)我們用膠水或漿糊來粘貼東西，用錫來焊接金屬器件，也都是利用不同物質(zhì)分子間的吸引力。因此，分子的吸引力可以分為兩種：同一種物質(zhì)分子間的吸引力，叫做內(nèi)聚力；不同物質(zhì)分子間的吸引力，叫做附著力。

【14】固體不僅不容易折斷和伸長，而且很難被壓縮。液體同樣也是很難被壓縮的。因此，我們很自然地就會(huì)想象到，物體分子間不僅存在著吸引力，同時(shí)還存在著推斥力。

【15】初看起來，這一點(diǎn)好象很難理解：分子間既然存在著吸引力，怎么又會(huì)有推斥力呢？利用下面的簡單模型可以幫助我們理解分子間的相互作用情形。

【16】圖1·4中的兩個(gè)小球代表兩個(gè)分子，小球用彈簧和橡皮帶連接起來，彈簧是受壓縮的，而橡皮帶是受拉伸的。彈簧的斥力和橡皮帶的拉力平衡時(shí)，兩個(gè)小球相隔一定的距離，這相當(dāng)于固體和液體不受外力的壓縮或拉伸時(shí)分子間相互作用的情況。如果受到外力的壓縮，那么小球間的距離將縮短，這時(shí)彈簧的斥力超過橡皮帶的拉力，因此小球之間的相互作用力是斥力；如果受到外力的拉伸，那么小球間的距離將增加，這時(shí)橡皮帶的拉力超過彈簧的斥力，因此小球間的相互作用力是吸引力。

【17】但是，我們必須注意，這個(gè)簡單的模型只是象征地用來使我們初步了解分子間的相互作用，實(shí)際上分子間并不存在什么彈簧和橡皮帶。

【18】實(shí)驗(yàn)和理論一致表明，分子間既存在著吸引作用，也存在著推斥作用，當(dāng)分子間的距離等于某一數(shù)值時(shí)（此數(shù)值隨分子的不同而略有差異)，它們之間的引力和斥力恰好平衡；當(dāng)分子間的距離稍大于這一數(shù)值時(shí)，它們的相互作用表現(xiàn)為吸引力；稍小于這一數(shù)值時(shí)，它們的相互作用表現(xiàn)為斥力。

【19】根據(jù)研究知道，兩個(gè)分子間的距離小于幾個(gè)埃（1埃＝10??厘米）的時(shí)候，它們之間的作用是相互排斥；當(dāng)兩個(gè)分子間的距離大于幾個(gè)埃而小于分子作用球半徑的時(shí)侯，它們之間的作用是相互吸引。

【20】由于分子間相互作用的現(xiàn)象十分復(fù)雜，不可能在這里進(jìn)行詳細(xì)的討論，我們只要知道它是起源于物質(zhì)的電性結(jié)構(gòu)就夠了。

【21】以上我們討論了固體和液體中分子間的相互作用，最后，我們來討論一下氣體中的情況。

【22】氣體的密度比固體和液體要小得多。例如，在100°C和1個(gè)大氣壓時(shí)的水蒸汽的密度大約只有在同樣條件下水的密度的1/1670。所以，氣體中分子間的距離比固體和液體中大得多。因此，氣體分子間的作用力很小，在一般情況下可以略去不計(jì)，而認(rèn)為氣體的分子間是完全沒有任何聯(lián)系的。這就是氣體既沒有一定的體積又沒有一定的形狀的原因。

習(xí)題1-4

1、什么叫做內(nèi)聚力？什么叫做附著力？舉例說明它們的作用。

2、固體和液體都很難被壓縮，氣體壓縮到一定程度時(shí)也很難繼續(xù)壓縮，試說明其原因。

3、用粉筆在黑板上寫字和用鉛筆在紙上畫圖時(shí)，各留下字和圖的痕跡，試問這是由于什么力的作用？

4、說出下列各個(gè)數(shù)值的數(shù)量級(jí)：6.023×1023，2.7×101?，水分子的直徑4×10??厘米，氫分子的質(zhì)量3.3×10?2?克。

5、什么叫做“分子作用球”？它的半徑的數(shù)量級(jí)是多少？

6、橫截面是1厘米3的鉛棒，受到160公斤力的作用時(shí)被拉斷；橫截面相同的鋼棒，受到14,000公斤力的作用時(shí)才被拉斷。這兩種物質(zhì)分子間的吸引力那一個(gè)大？

7、既然木材的分子間存在著相互吸引力，那么，為什么折斷的鉛筆不能合而為一？

8、為什么拉斷一張紙所用的力要比撕開一張紙大？

9、汽車開過干燥的道路時(shí)會(huì)揚(yáng)起灰塵，而開過潮濕的道路時(shí)就沒有灰塵，試說明其原因。