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[阿什卡咖啡馆] 宇宙万物形成的原动力:不满

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发表于 2018-6-12 19:44:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
品质源于技术 服务源于态度
这是阿什卡微信公众号的第521篇原创文章
首发于2018年6月9日


一个割袍断义的话题:社会进步的原动力是什么?

是人民的勇敢、智慧、勤劳、善良吗?当然不是。这些很美,也很重要,不过不是根本原因。

社会进步的根本原因是两个不太美的字——不满。

是不是听上去充满了负能量,担心一承认就退回到茹毛饮血时代?

其实开动人脑想一想就知道:如果我们样样都满意,谁会去改变?睡山洞啃山芋已经幸福死了,干嘛盖豪宅吃美食?牛车已经超完美了,疯了吗去造汽车?只有不满,才会改变;只有改变,才会进步。

接着深究下去,我们会发现,不满,不仅仅是追求进步的理性选择,更是镶嵌在我们DNA里面的固有属性。追溯这个不满属性的来源,恐怕要一直追到原子水平了。

人类没有不满,社会不会进步。原子没有不满,社会根本就不会存在。别说社会了,我们这个宇宙中的物质都不会存在。

原子这么个小东西,它有啥不满的?给它个包,它有地方放吗?

这样想问题就三俗了。原子的挚爱,不是三子(房子车子票子),而是电子。搞来电子在身边飞来飞去,不是为了拉风,而是为了平衡带正电的质子,因为电子带负电。正负平衡,异性相吸,你懂的。

一个原子能吸引几个电子,完全靠实力:你有几个质子,就能配几个电子。

但是,按照质子的数量,配足电子,原子们就满意了吗?当然不,除了那些惰性原子,正常的原子统统都不满意,对自己所拥有的电子数总是耿耿于怀,并因此觊觎别家的电子,动不动就去抢。

这一抢了不得,抢出个气象万千的宇宙来!

怎么抢,为啥抢?这还得从原子国的房地产说起。

在原子国,每个原子核都有一栋楼房。就像透明的洋葱,每层洋葱皮就是一层楼。原子核住在中心,电子们紧密围绕核心,住在楼房里,离核心最近的那层,是1楼,往外数,就是2楼、3楼…

和人类一样,房价永远取决于三个因素:地段,地段和地段。

但和人类相反的是,越靠近核心,房价越便宜。用原子房产术语说:越靠近核心,能级越低,电子携带的能量就越低。所以说,住1楼成本最低,2楼次之…依此类推。

又靠近核心,成本又低,谁不想住?那就都住1楼呗。想得美。政策不允许。

根据《泡利关于转发《粒子世界关于转发《微观世界关于下发居民抢楼摇号若干管理问题的通知》的通知》的通知》,每层楼只能住2n2个电子。

政策研究室官方解读:那个n代表楼层。比方说,1楼,2×12=2,很遗憾,钻石地段只能住2个电子;2楼呢?2×22=8,黄金地段住8个电子;3楼呢?2×32=18,通州可以住18个电子!

谁住低层,谁住高层呢?不看三观,不看三围,先到先得。一起到怎么办?摇号。所以说,电子入住,肯定是从最低层抢起,住满一楼,就只能抢二楼,以此类推。

楼层抢完了,分房就成了大问题。原子房产部借鉴酒店先进经验,人性化地推广了“标间”设计。也就是每两个电子住一间房。二楼可以住8个电子,那就有4间房;三楼可以住18个电子,那就有9间房。

为了节约资源,尽快解决单身狗的问题,是不是最早来的两个电子先住满一间房,下一对电子再占据下一间房呢?并不。电子的做法是,尽量不让房间空着。先来的一个电子占一间房,第二个电子就占下一间房,以此类推。当所有的房间都有了电子居民以后,再来电子,才开始搭伴合住。

当然,实际情况很复杂。即使是同一层楼的房间,它的能级也会有些差别。我们可以简单理解为每层还有上下铺之分。这已经超出本文的范围,就不细聊了。我们只聊广大生命最关心的东西。

分房政策这么公平,原子还有啥不满的呢?问题出在外层的单身狗——那些住单间的电子身上。正是这些运气不好的电子,决定了原子在化学江湖的角色。

这些单身狗,是原子大楼的后来者,他们住在最外层,还独守空房,成本高、压力大,空虚寂寞冷,楼层望一望,还有闲置房,搞得鬼城一样,自然是十分不满。所以心心念的只有一件事:找个朋友来配对,把外层房间住满。

怎么找朋友呢?抢!

02-00.jpg

不过,电子江湖的“抢”,是有底线的。已经成对的电子,它是不插足的。要抢就抢别人原子家最外层的单身电子。

于是,本来互不干涉内政的原子们,开始互相碰碰撞撞,寻衅滋事,搞起摩擦了。擦来擦去,看准时机下手,爆发单身电子争夺战。战事一般会以两种方式结束。

第一,恃强凌弱。一方太过生猛,另一方太过疲软,实力相差太大,类似八国联军打义和团,结果是一方生擒对方电子,由于电子带负电,胜方原子不再保持电中性,而带上了负电。痛失电子的原子则带上了正电。正负相吸,瞬间化敌为友,由恨生爱,如胶似漆了。这样形成的化学键叫离子键。比方说11号元素钠,最外层只有1个电子;17号元素氯,最外层只有一个床位。两个原子这样搞到一起,就成了著名的氯化钠——咱俩吃的盐。

02-01.jpg
【图8.7】氯化钠

第二,势均力敌。或者在伯仲之间,一方抱着大半个电子而另一方拉着电子尾巴死死不放。一番纠缠后,双方达成共识,咱们谁也别抢了,我们俩各有一个单身电子,你想要,我也想要,共享吼不吼?当然吼啊!电子这东西,就像思想,共享了,就等于我们各自多了一个电子。于是手相牵,心相连,世界和平了。这样形成的化学键,叫做共价键。

由于外层电子数不一样,空床位也不一样,所以,各类元素之间电子配对的办法千奇百怪,并不总是一对一,也有可能玩3P,只要凑得圆满,具体谁和谁、几比几,都无所谓。

比方说8号元素氧,1楼2个房间,2个电子填满。2楼4个房间,6个电子,这就闲置了单身狗两枚;而1号元素氢,它只有1个电子,寂寞空庭春欲晚,羡煞春宵短,咋办?那就2个氢原子和1个氧原子结合,成为水分子:H2O。这样一搞,所有电子成双配对,世界和谐了。

当然,元素们不一定非要和异类合作,它们也可以和同类合作,比方说,两个氢原子结合,变成氢分子,也可以凑成电子对。同类不存在谁强谁弱,所以形成的一定是共价键。

有些元素运气好,生下来最外层就满员,所有电子都成双成对,共同分担压力。这些原子就异常稳定,实现了社交自由,喜欢独处,懒得和任何元素(包括同类)化合。这种元素叫惰性元素,数量不多,一共6种,咱列一下名单:氦、氖、氩、氪、氙、氡。咦?为啥都是“气”?!因为它们不愿意跟任何元素搞到一起,所以一般情况下,只能是离散的“气体”了。

有时候,即使有两种原子的外层电子数是一样的,它的空房间数也不一定相同。

比方说,5号元素硼,一楼住2个电子,还剩3个,但二楼有8个房间,这就空出5个房间;而13号元素铝,一楼住2个电子,二楼住8个,也剩3个,但三楼有18个房间,这就空出15个房间。

这就导致,它俩的化学性质虽然很相似,但物理性质却不相同,一个是金属,一个是非金属。实际上,它俩在化学性质上的那点区别,也是因为空床位数量不同。

提到金属,我们简单聊几句。

有些原子,外层电子少,在相互靠近时,谁也不索取,都会丢掉外层的电子,成为满层配对的离子。这让它们距离更近,排成密集、规则的晶体。那些丢掉的电子哪去了?它们变成了“自由电子”,在离子晶格间闲逛。由于自由电子带负电,丢掉电子的离子带正电,所以,自由电子就能像胶水一样,把这些离子粘到一起。这样的组合,让原子显示出金属性。让金属原子结合的,叫金属键。当然,金属键与生物化学没啥关系,大家知道除了离子键、共价键,还有个奇葩的金属键存在就OK了。

聊回圆满配对。原子最外层的房间数,有多有少。但大多数原子的价值观差不多,达到那个标准就满足。我们来看看这个奇葩标准。

1916年,德国物理化学家柯塞尔(Walther Kossel) 注意到:最稳定的元素,也就是号称“贵族元素”的惰性元素,外层都是8个电子。难道,摇到一个吉祥数字,情绪就稳定了?再看看其他元素,外层电子数一般都不到8个。为啥要说“一般”呢?因为有极个别元素搞特殊化,比方说46号元素钯,外层17个电子;77号元素铱,外层18个电子。柯塞尔发现,那些外层不足8个电子的元素,都有凑足8个电子的渴望,一旦凑齐,就满足了,特稳定。

1923年,美国化学家路易斯(Gilbert N. Lewis)发展了这个理论。

后来,美国化学家兰茂尔(IrvingLangmuir)把这个规律进行了比较完整的表述,叫做“八隅体”规则。

就像表达爱情用玫瑰或钻戒一样,这只是一条经验规则,没有推理,没有原理,甚至没啥道理。例外情况也不少。所以,咱俩只要稍稍了解下,不至于问出“为啥钠元素第三层不需要凑够18个电子”这样的问题,就OK了。而且,生物化学只涉及到两层楼的原子,涉及不到3层及以上的原子。所以,我们这里只做简单了解就好。

同一个世界,同一个梦想——只为配对凑满层,却凑出千奇百怪的结果,连存在形态都迥然不同,固态、液态、气态,千姿百态。同样是原子、电子排布,形态差距咋就那么大呢?还是因为前面说过的:原子楼层不一样,外层单身电子数不一样、空床位不一样。加上元素品种繁多,不一样的组合,就有不一样的特性。原理简单,但变化无穷。
总结:

分子是原子们搞电子争夺战的产物。在电子争夺战中,通过化学键合成分子。而这一切,都是最外层电子惹的祸。

因此,宇宙中一切原子的化学性质,都是由其最外层的电子决定的。

知道了分子的来头,那么问题来了:什么样的元素可以组成生物分子呢?

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