宇宙萬物是由什麼組成的?古希臘人以為是水、土、火、氣四種元素,古代中國則相信金、木、水、火、土五種元素之說。到了近代,人們才漸漸明白:元素多種多樣,決不止於四五種。18世紀,科學家已探知的元素有30多種,如金、銀、鐵、氧、磷、硫等,到19世紀,已發現的元素已達54種。至今已達到100多種。

人們自然會問,沒有發現的元素還有多少種?元素之間是孤零零地存在,還是彼此間有著某種聯係呢?實際上,元素不是一群烏合之眾,而是按照一定的規律有序地排列著。那麼它們怎麼排列的呢?門捷列夫發現的元素周期律揭開了這個奧秘。

我們日常生活中接觸到的物質有氣體、液體、固體,可謂紛繁複雜,多種多樣。眾所周知,可以用各種方法將一些混合物分離成純淨物。

所謂純淨物是由一種分子構成的物質,如水、氯化鈉和鋁等。但自然界中的大多數物質是由多種分子組成的混合物。

分子是由原子構成的。原子的種類比分子少,但是,原子能夠排列組合成種類繁多的分子。而原子由三種基本粒子構成,粒子的數量決定原子的種類。原子的種類與元素密切相關,所以我們從組成原子的三種基本粒子人手,逐步介紹原子、分子、元素和元素周期律。

歸根結底物質是由粒子構成的。這些粒子稱為基本粒子。構成物質的基本粒子是電子、質子和中子。

這三種基本粒子具有如下特點:電子帶負電荷(-),質量小;質子帶正電荷(+);中子顧名思義呈電中性。電子和質子所帶電荷符號相反,電荷數相等。質子和中子的質量大體相當,約是電子質量的1800倍。

如前所述,這些基本粒子構成原子,粒子數量將決定原子的性質。雖說宇宙中有無數上述基本粒子,但同樣的粒子可以認為完全相同,毫無差別。例如,我們周圍的電子和太陽中的電子具有完全相同的性質,沒有任何區別。

關於這些基本粒子,下麵再做一點詳細的說明。

電子

電子是人類發現的第一個基本粒子。帶負電荷,質量小,除了光子等質量為零的粒子,它是最輕的基本粒子。

19世紀末,湯姆遜發現了電子。那時真空技術有了一定的發展,人們研究了真空中兩個電極間的放電,確認陰極放射某種物質,將其命名為陰極射線。湯姆遜根據陰極射線在磁場中發生路徑偏轉的現象,確定了它的荷質比,即電荷與質量之比。

另外,陰極射線的荷質比與電極種類和放電管中極少量殘存氣體的性質無關,而且飛行距離長,湯姆遜由此推斷這是一切物質的構成粒子,而且比分子小。

這就是電子。

電子所帶的電荷是電量的最小單位。由於電子帶有電荷,所以電子間存在庫侖斥力,即帶負電的電子間相互排斥。

電子是我們最熟悉的基本粒子,電流是電子流動的結果,在放電管和真空管中也有許多電子。

雷電是因為攜帶大量電子的雲層遇到帶正電荷的雲層或與地麵的電位差增大到一定程度而產生的強烈放電現象。電子雖小,但數量龐大的電子足以使天空雷電交加,震撼人心。

我們尚不能斷言,當今社會人們離開電便無法生存。但如果認識到電子是電流的物質基礎,那麼電子的重要性也就不言而喻了。

質子和中子

質子是氫的陽離子。換言之,就是氫原子失去電子後的氫原子核。質子帶正電荷與帶負電的電子以庫侖力相互吸引。

與電子相比,質子所帶電荷符號相反,質量大,而且,質子與質子之間因庫侖力而相互排斥,距離很近時,它們又由於強大引力而相互吸引。這是電子所不具備的特征。

中子與質子質量大體上相等,但確切地說中子比質子約重1/700。中子呈電中性,不像電子和質子那樣受庫侖力的影響,所以它容易穿透物質。

中子是前麵所講的三種基本粒子中最晚發現的,於1932年由英國物理學家查德威克發現。