物质的形态 - 后续

在前面视频中我们谈到物质的三种状态 这和每个人的经验中密切相关 固体 液体 气体 而我还暗示过存在第四种状态 我没有囊括这个内容 是因为它通常 不属于介绍性的化学课程的范围 但它在视频的留言板中 引起了一些讨论 所以我想我至少应该提到这第四种状态 即 等离子态 我用一种合适的亮色来写 等离子态 人们认为它是第四种状态 因为它有一些气体的特征 某程度上 它就是气体的一类 但它也有一些导电性 这通常不会使你联想到气体 你第一次听说它的时候 可能会觉得 这是一个有点奇葩的东西 等离子态 在第一个视频中 我说它会出现在高温下 这不是百分百正确的 它不一定要出现在高温下 除非万不得已 而且你们对电磁学有足够认识 不然我真的不该提到它 有些物质刚好 和电子发生至关紧要的碰撞 或者是把电子从气体中移走 否则气体会好好保管它的电子 所以它是一种类似于金属的状态 当我们讨论金属键的时候 我们就是在讨论电子的海洋 比如说铁 对于大部分金属而言 它们有许多电子 而且它们很乐意给出这些电子 而它们的电子有点像 漂浮在原子本身之外 并形成了一个电子的海洋 然后这些原子本身 变成带正电 因为本质上它们 献出了一些电子给这个海洋 所以它们被这个海洋所吸引 这使金属具有延展性 更重要的是 这使金属可以导电 但它们排列地十分紧密 结构非常密实 等离子态就是让气体… 注意 气体分子间的距离是相当远的 所以我们要让一堆气体 有很高的动能 尽管 它们不一定要有 那可能会使得压力非常低 但它们不停地运动并相互碰撞 不过它们没那么靠近彼此 它们之间没有固定的结构 或者说它们不像液体一样 相互间没有摩擦碰撞 但在等离子态中有一种情况 你发现在这样一个强大的电磁场中 电子有分离的趋势 所以我们说这些电子 开始脱离等离子体 固体有它自己的形状 而等离子体就像气体 它的形状取决于它的容器 所以有时被描述为电离气体 之所以说电离 是因为电子是脱离的 而电子脱离之后 本来中性的原子会带上正电 而这就基本上 造成导电了 因为现在这些电子可以自由移动了 你也许会说 这听起来像个奇葩的物质状态 它存在于哪里？ 嗯… 最接近事实的是 它出现在闪电中 闪电中 这值得讲一整个视频 不过重点是 云与地面之间 有着潜在的巨大电势差 （云）和地之间 然后因为这二者之间 存在这样巨大的电势差 有一些电子 想要投入大地母亲的怀抱 有一些电子积聚在这里 有一些电子积聚在这里 它们想要到地上去 但它们不能 因为空气通常是一种很差的导体 空气是一种绝缘体 但是正因为 有这么大的电势差 这些电子很靠近上面的一些分子 至少我是这么想象的 它们电子想要逃离这些云 所以它们电子开始 想要移动到空气的分子中 不管你们说空气是不是 氧气 氮气和二氧化碳的混合物 它们开始想逃离这些云 所以它们开始脱离 并开始形成了电离的空气 最终 在某个时刻 这一切到了某个程度 云到地面 就可以导电了 这种导电性就是 空气处于等离子态的表现 这种传导极其耐高温 也使得电子可以一直流到地面上 另一个常见的例子 你可能见过类似的 呃 实际上不是这样的 但至少恒星中存在等离子态 那是因为那里有 强大的电磁场 以及特别高的压强 在这样的环境下 再说一遍 我把它超级简化一下 当电子与微粒分离的时候 你可以得到这种状态 除非这些微粒不想放弃它们的电子 我想我可能提过这个 因为它是很有趣的物体 它存在于宇宙中 在宇宙层面上 因为恒星基本上都是等离子体 这实际上是最常见的状态 对于宇宙中的物质来说 虽然在我们的日常生活中 我们更熟悉固体 液体和气体 对于上一个的视频 我想说明的另一点是 我说到水分子之间的结合 或者说我们谈论固态 那么一个氧(O) 一个氢(H) 一个氢(H) 然后这里有些电子 这里也有些电子 假设这里有另一个氢(H) 一个氧(O) 和一个氢(H) 也许这里有一个氧(O) 这里有一个氢(H) 然后这里有一个氢(H) 然后它有两个电子 两个电子对 我提过这一点 而且我们提过很多次了 这个氧的电负性很大 以致于它拱起电子 所以氧的一侧开始 带有部分的负电 同时氢的一侧开始 带有部分的正电 因为对于氢 本质上它的电子 都偏向了氧 最后氢几乎成了质子 它们漂浮在这里 因为我们说大部分情况下它没有中子 所以它带有少许的正电 这个带正电 水分子的正极 被负极所吸引 我以前称之为极性键 它说明了 我关于高中化学的记忆不是完美的 我应该称之为氢键 所以这是一个氢键 然后这是一个氢键 它不过是个我用过的名字 我只是想要说清楚 因为这是你们化学课上的 习惯名称 我不想把你们弄糊涂 然而这是一个真实存在的键 来自带部分正电的氢原子 因为它的电子偏向于氧 而水分子中有一个 带部分负电的氧原子 因为它偷了氢的 所有电子 你可以画成这样 它被称为氢键 而氢键倾向于形成在 氢和极少数的电负性很大的原子之间 即氮(N) 氟(F) 还有氧(O) 这是电负性最大的 三种原子 那么氮(N) 比如氨(NH3) 当它与氢成键时 当它与氢成键时 它的电负性如此大 导致出现了相同的情况 所有电子都聚在这儿 所以出现了部分负电 氢的一侧有了部分正电 相同的事发生也发生在氢氟之间 同样的氟化氢(HF) 你同样得到氢键 在这种情况下 这些家伙会被 其他分子的氮吸引 并形成氢键 我只是想搬开这个话题 搞定以后 我想我们可以回到 上个视频的内容 并解决一些问题 我们拿水做例子 实际上 让我先陈述一下问题 假设有……