(重庆)化学教学素材：核外电子的运动与相变

1、全优中高考网-核外电子的运动与相变忽视核外电子的规律运动,司空见惯的相变成了困惑人们的自然之谜。摘要：核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。（1）价和电子在平面稳定运转，伴生的价磁力指向稳定，物质呈固态。（2）价和电子在窄小空间范围扭曲运转，伴生的价磁力方向不稳，物体塑性增加。（3）价和电子在大范围空间扭曲运转，伴生的价磁力方晃动，物质呈液态。（4）价和电子在空间呈球面绕行运转，价和电子包围整个球面，价磁力没有了方向，球面电子与相邻的球面电子相斥，使分子球之间推开距离，物质呈气态。关键词： 奥斯特实验 小磁针 伴生 德布罗意波 事实 随着温度升高，一般物体都是由固体相变成液体，由液体相

2、变成气体。所有纯净物质都有其固定的熔点、沸点；水在结冰、沸腾；锡在2电烙铁下就能熔化成液态，烙铁拿开，锡又立刻凝结成固体，温度与物质状态、特性相依相存。分析 物质的相变与总是与温度精确的对应，千百年来人们不断在思索，温度是如何导致这样的变化？温度是怎样起作用的？这极具规律的对应绝不会是偶然的、孤立的。这有规律的变化必然源于且服从更深层的规则的运动。这个规则的运动，就是核外电子的规律的运动。核外电子随着温度的规律的运动是相变的直接原因。在J 1 章我们谈到温度实质上就是核外电子运转的速度。核外电子速率加快，宏观的表现就是温度升高。温度升高到一定的程度，水能沸腾；钢铁能熔化，物质发生了相变。难道电

3、子的快速运动就能导致这样的相变、如何导致相变？相变虽然与温度直接相关，然而只有达到了某一特定值，相变才能发生，这是一个从量变到质变的过程，也是物质的内聚力急剧变化的过程，核外电子的规律运动导演了熔化的全过程，电子的规律运动是如何导致物质的内聚力的变化？我们学过力有三要素：大小、方向、作用点。在物质的内部，构成物质的内力同样存在这三要素，而且这三要素在物质的相态上起着至关重要的作用。在金属固体内部，价和电子在稳定的平面轨道上运转，价磁力方向与轨道平面垂直、力的方向十分稳定，各结构元的价磁力相互吸引，调适在固定的位置，所有力的作用点专一，力的三要素稳定，于是就形成了这固体的稳定结构。温度升高，价和

4、电子速率加快、运转半径加大，造成了物体的热胀。然而温升并不能使价和运转半径一味地加大，因为物体的内聚力很大，限制运转半径的增大。于是，加热到一定的温度时，急需加快速率的价和电子只得越出原来的运转平面，在原线路平面上下一定的区间进行空间的扭曲运转，这样线路加长，速度快形成了价和电子由平面到扭曲的三维运转。如图5-1。温度升高，价和电子运转线路的扭曲，导致与运转线路垂直的价磁力方向也发生扭曲晃动，从而使得伴生的价磁力方向在一定角度范围内晃动。价磁力方向紊乱，也导致了相邻的结构元的价磁力方向的紊乱，这样紊乱的价磁力使得结构元之间的引力不稳，在外力的作用下容易换位移动，宏观的表现是物体此时受到外力时很

5、容易变形，物体的刚性降低、塑性增加。内聚力晃动，遇外力时，结构元之间容易移动换位，于是物体塑性增加，趁热打铁就是这个道理。当温度达到熔点，价和电子的速率更高，运行的扭转的区域更大，导致价磁力的方向大幅摇晃、作用点更加紊乱，结构元之间失去了定向价磁力的支持，同时又受到侧向电子间斥力的干扰。于是结构元在物质内换位、滚动、转向、重组。原来的金属物体内力的稳定完全瓦解，刚性彻底消失物体熔化了，相变成了液体。 1）固体 （2）塑性增加 （3）液体 （4）气体 图5-1 价和电子运动的线路与物质的相态如图，外椭圆表示橄榄状球体，阴影表示价和电子在空间扭转运动的区域。（1）价和电子在平面稳定运转，伴生的价磁

6、力指向稳定，物质呈固态。（2）价和电子在窄小空间范围扭曲运转，伴生的价磁力方向不稳，物体塑性增加。（3）价和电子在大范围空间扭曲运转，伴生的价磁力方晃动，物质呈液态。（4）价和电子在空间呈球面绕行运转，价和电子包围整个球面，价磁力没有了方向，球面电子与相邻的球面电子相斥，使分子球之间推开距离，物质呈气态。这样，熔化的过程已经明朗了：温度升高，导致了价和电子的运动速率加快并由平面进入到空间，形成了扭曲运转，从而使得价磁力方向紊乱，结构元之间丧失了定向的稳定的力的连接，物质的内力大降，连自身的结构都支撑不了。宏观的表现就是物体丧失了稳固的结构坍塌、熔化成了液体。 需说明的是：在液体内部，物质仍然以

7、结构元的形式存在，这些结构元成链、成团、成环时合时分，不能形成整齐连续的架体结构，但物质内仍有较强的价和力、价磁力（但方向紊乱、瞬变），正是如此才构成了液体的内聚力、构成了液体分子的布朗运动、构成了液体表面张力。温度降低时液体内结构元间价磁力相对稳定、结构元间聚合力增大(链长团大) ，宏观的表现就是粘度增大、表面张力增大。在熔化过程中，最先受热的部分结构元的价磁力方向的紊乱，激化和干扰了邻近的结构元也必须加快价和电子的速率以适应这种变化，电子加快速率必须吸收热量（吸收周围物质的电磁波辐射，使周围物质降温），宏观的表现则是熔化时的吸热现象。化雪时气温降低就是由这种吸热所导致的。凝固是熔化的逆过程，是由于温度的降低，物质由液态相变成固态的过程。简述为：温度降低，价和电子速率下降，运转线路由空间扭曲进入到稳定平面，价磁力方向趋向稳定，结构元之间的位置相对固定，宏观的表现就是凝固。凝固时立交的价和电子降低速率归顺到稳定平面，稳定的价磁力使电子的运转稳定并相互同步、相互适应，所以不需要太多的能量维持运转，于是多余的能量就以热量的形式释放，这就是凝固时的放热现象，释放的就是相变潜热。 反思 一百年来，核外电子无规律的电子云理论是不可逾越的雷池，而物质的相变与温度有着直接的联系，于是研究相变的学者都把眼光投向了分子的热运动，从声子（原子的振动）入手研究相变，因为