为什么金属定义会过时
对现代人来说,“金属”是一个多么普通的概念。制作炊具 的铝,制造罐头的锌,打制首饰的金,还有制作各种工具的铁 ……不都是金属吗?
《辞海》中的“金属”条目曰:“具特有光泽而不透明(对可 见光强烈反射的结果),富有展性、延性及导热性、导电性的这 一类物质。”
在门捷列夫的元素周期表中,左下角绝大部分是金属的领 域,仅右上角才是非金属的地盘。在人类至今认识的123种化学 元素中,非金属中只有44种,而金属占了近526。这些金属在 常温常压下,都是具有光泽而不透明的固体(除汞外),与上述 的金属定义相符合,它们与非金属之间存在着一条泾渭分明的界 限。可是,在非常温、常压下,金属与非金属之间,是否仍然是 “鸡犬之声相闻,老死不相往来”呢?
科学家发现,金属元素的许多特点,如坚硬、有光泽、致 密、敲击时铿锵作声等,也是当代许多陶瓷所共有的特性,它们 已不是金属的“专利”了。可是至今为止,金属的定义中还保留 着一个“避难所”———电的良导体。
如今,这唯一的“避难所”也已摇摇欲坠。科学家们已合成 了许多种称作“分子金属”的物质,这些“分子金属”具有长长 的链式分子,能像金属那样导电。不过,目前这些“分子金属” 还只能在一个方向上导电,而不能像金属那样在三个方向上导 电。但是,科学家们正致力于合成具有三维导电能力的“分子金 属”。一旦研制成功,金属的最后“避难所”也将彻底崩溃。
金属与非金属之间的那条“楚河汉界”正在日益消失。在一 定的条件下(主要指温度和压力),金属和非金属是能够互相转 化的。在临界密度之下,电子属于特定的原子,并不显示金属 性;而在临界密度以上,电子便自由了,出现了金属所具有自由 电子的“海洋”。例如,在硅中掺入少量的磷,尽管是两种非金 属,但只要在外界温度低于1211134,电流照样能在其中通行无 阻。又如,在固体物理学界身价倍增的超导材料———铱钡铜氧化 物,它的真实面目却是一种陶瓷,而并非人们想象中的金属,这 正是金属与非金属界线消失的一大明证!
除了外界环境能够改变物质的属性外,物质数量上变化也会 戏剧性地改变物质的属性。
我们不妨做一个有趣的数学游戏:银可算是一种典型的金属 了吧,但是,一个银原子算不算金属呢?不能算。两个、三个银 原子呢?也不行。因为它们都不能形成一个自由电子所需要的化 学环境。那么,究竟几个银原子才能满足这一要求呢?
科学家们用高分辨的电子显微镜拍摄了具有5611个银原子 组成的一簇。发现它呈多面体的结构,具有五重对称性,这下可 称它为金属了吧?还是不能,因为这些原子的电子还各有其主, 并未开成自由电子的“海洋”。 更多:https://www.bmcx.com/
那么,51111个银原子组成的簇又怎样呢?科学家们发现, 由51111个银原子组成的簇,它的整个结构经过了一次重整,已 变成了名副其实的金属,而不再是高度对称的高能态晶格了,它 已是呈线状方式排列的低能态金属。
可见,在5611 151111之间,必定存在一个数,在这一点 上,银原子簇突然从“非金属”向“金属”过渡了。量变引起了 质变,这情形有些类似搭积木,不太高时,积木呈规则堆积,达 到一定高度后,它就会崩塌下来。对银原子来说,5611 151111 之间这一神秘数字究竟是多少呢?科学家们还不能正确告诉我 们。 “金属”的定义正在日趋过时,终有一天,人们会感叹地说: “这种关于‘金属7的定义”只是上一世纪的事了,它早已进了 科学历史的博物馆了。
电子衍射为什么能测定薄晶片结构
与1射线衍射相似,高速运动的电子束作用于晶体(或气 体)中的原子,也会产生衍射现象。电子衍射也可以用于测定晶 体(或气体分子)的结构。由于电子带负电荷,原子对电子束的 散射是由带正电荷的原子核电势和核外电子的负电位所组成的原 子静电位引起的。
对同一种原子而言,它对电子束的散射能力比对1射线的 散射能力大2333倍。散射强度比对 射线散射强度大233万
1 倍。因此,1射线衍射要用2毫米的晶体,而电子衍射只需2345 12346毫米的晶体即可。由于电子束的穿透能力很弱,远远不如 1射线,作透射式衍射只能是厚度也就是234512346毫米的薄片 晶体。
原子对电子的散射能力随衍射角的增大而迅速下降,因此, 与1射线相比,电子衍射的衍射点更集中在低角度区域,可收 集到的衍射点也较少。对电子衍射,重原子和轻原子对衍射强度 贡献的差别不像1射线衍射那样悬殊,因此,用电子衍射比用 1射线衍射更容易测定晶片中轻原子所处的位置。
由于电子束的穿透力弱,很容易被空气吸收,因此,电子衍 射不能在空气中进行,从发射电子束的电子枪、晶体样品和感光 胶片等,都必须放在高真空容器中。在电子枪的阴极和阳极之间 加上高速电子束。在电子枪与试样之间有环形磁透镜,把电子束 聚焦以便在通过样品后落到照相底片或荧光屏上。
反射式电子衍射可用于研究数百埃厚的薄片晶体表面层结 构。利用能量较低的电子束进行电子衍射研究晶体表面结构技 术,称为低能电子衍射。
《辞海》中的“金属”条目曰:“具特有光泽而不透明(对可 见光强烈反射的结果),富有展性、延性及导热性、导电性的这 一类物质。”
在门捷列夫的元素周期表中,左下角绝大部分是金属的领 域,仅右上角才是非金属的地盘。在人类至今认识的123种化学 元素中,非金属中只有44种,而金属占了近526。这些金属在 常温常压下,都是具有光泽而不透明的固体(除汞外),与上述 的金属定义相符合,它们与非金属之间存在着一条泾渭分明的界 限。可是,在非常温、常压下,金属与非金属之间,是否仍然是 “鸡犬之声相闻,老死不相往来”呢?
科学家发现,金属元素的许多特点,如坚硬、有光泽、致 密、敲击时铿锵作声等,也是当代许多陶瓷所共有的特性,它们 已不是金属的“专利”了。可是至今为止,金属的定义中还保留 着一个“避难所”———电的良导体。
如今,这唯一的“避难所”也已摇摇欲坠。科学家们已合成 了许多种称作“分子金属”的物质,这些“分子金属”具有长长 的链式分子,能像金属那样导电。不过,目前这些“分子金属” 还只能在一个方向上导电,而不能像金属那样在三个方向上导 电。但是,科学家们正致力于合成具有三维导电能力的“分子金 属”。一旦研制成功,金属的最后“避难所”也将彻底崩溃。
金属与非金属之间的那条“楚河汉界”正在日益消失。在一 定的条件下(主要指温度和压力),金属和非金属是能够互相转 化的。在临界密度之下,电子属于特定的原子,并不显示金属 性;而在临界密度以上,电子便自由了,出现了金属所具有自由 电子的“海洋”。例如,在硅中掺入少量的磷,尽管是两种非金 属,但只要在外界温度低于1211134,电流照样能在其中通行无 阻。又如,在固体物理学界身价倍增的超导材料———铱钡铜氧化 物,它的真实面目却是一种陶瓷,而并非人们想象中的金属,这 正是金属与非金属界线消失的一大明证!
除了外界环境能够改变物质的属性外,物质数量上变化也会 戏剧性地改变物质的属性。
我们不妨做一个有趣的数学游戏:银可算是一种典型的金属 了吧,但是,一个银原子算不算金属呢?不能算。两个、三个银 原子呢?也不行。因为它们都不能形成一个自由电子所需要的化 学环境。那么,究竟几个银原子才能满足这一要求呢?
科学家们用高分辨的电子显微镜拍摄了具有5611个银原子 组成的一簇。发现它呈多面体的结构,具有五重对称性,这下可 称它为金属了吧?还是不能,因为这些原子的电子还各有其主, 并未开成自由电子的“海洋”。 更多:https://www.bmcx.com/
那么,51111个银原子组成的簇又怎样呢?科学家们发现, 由51111个银原子组成的簇,它的整个结构经过了一次重整,已 变成了名副其实的金属,而不再是高度对称的高能态晶格了,它 已是呈线状方式排列的低能态金属。
可见,在5611 151111之间,必定存在一个数,在这一点 上,银原子簇突然从“非金属”向“金属”过渡了。量变引起了 质变,这情形有些类似搭积木,不太高时,积木呈规则堆积,达 到一定高度后,它就会崩塌下来。对银原子来说,5611 151111 之间这一神秘数字究竟是多少呢?科学家们还不能正确告诉我 们。 “金属”的定义正在日趋过时,终有一天,人们会感叹地说: “这种关于‘金属7的定义”只是上一世纪的事了,它早已进了 科学历史的博物馆了。
电子衍射为什么能测定薄晶片结构
与1射线衍射相似,高速运动的电子束作用于晶体(或气 体)中的原子,也会产生衍射现象。电子衍射也可以用于测定晶 体(或气体分子)的结构。由于电子带负电荷,原子对电子束的 散射是由带正电荷的原子核电势和核外电子的负电位所组成的原 子静电位引起的。
对同一种原子而言,它对电子束的散射能力比对1射线的 散射能力大2333倍。散射强度比对 射线散射强度大233万
1 倍。因此,1射线衍射要用2毫米的晶体,而电子衍射只需2345 12346毫米的晶体即可。由于电子束的穿透能力很弱,远远不如 1射线,作透射式衍射只能是厚度也就是234512346毫米的薄片 晶体。
原子对电子的散射能力随衍射角的增大而迅速下降,因此, 与1射线相比,电子衍射的衍射点更集中在低角度区域,可收 集到的衍射点也较少。对电子衍射,重原子和轻原子对衍射强度 贡献的差别不像1射线衍射那样悬殊,因此,用电子衍射比用 1射线衍射更容易测定晶片中轻原子所处的位置。
由于电子束的穿透力弱,很容易被空气吸收,因此,电子衍 射不能在空气中进行,从发射电子束的电子枪、晶体样品和感光 胶片等,都必须放在高真空容器中。在电子枪的阴极和阳极之间 加上高速电子束。在电子枪与试样之间有环形磁透镜,把电子束 聚焦以便在通过样品后落到照相底片或荧光屏上。
反射式电子衍射可用于研究数百埃厚的薄片晶体表面层结 构。利用能量较低的电子束进行电子衍射研究晶体表面结构技 术,称为低能电子衍射。
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