对能量本质的探究和猜想 (第2/3页)
电子离核越远，能量也就越高。我们同样可以用动能和势能的观点来解释原子的模型：原子核和电子之间有吸引力，而动能的存在维持着原子核和电子的相互位置和关系，所以在电子和原子核之间包含着势能，原子核和电子间的吸引力越强，那么势能就越强。但在这里，假定一个电子在靠近原子核，那么势能会转化为电子的动能，当动能足以克服吸引力，它就会停止靠近原子核并最终远离原子核；当它远离原子核时，动能便转化为势能，当动能不足以克服吸引力时，它便会停止远离原子核而开始靠近原子核……这样子往复下去，除非有外来的能量打破这种平衡。
（3）物质的能量稳定
由于物质的结构特点，导致不通物态的物质在吸收一定能量后产生的改变是完全不同的。比如热胀冷缩的程度：气体受热膨胀地十分剧烈和明显，液体较为明显而固体最不明显。这是因为在气体分子间的束缚最弱，在吸收能量后分子间的距离迅速地扩大，导致空间上的体积迅速扩大。
不同物态的物质本质是一致的，只不过在微观结构上的能量状况不同。如果再看一个例子将对这个问题有更深入的认识。
固体可以分为晶体和非晶体两大类。晶体和非晶体在外形上和物理xìng质上都有很大区别：
外观上晶体有规则的几何形状，非晶体没有规则的几何形状；晶体的一些物理xìng质表现为各向异xìng（晶体的物理xìng质和方向有关），非晶体的各种物理xìng质是各向同xìng（非晶体的各种物理xìng质在各个方向上都是相同的）；晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。
一种材料是晶体还是非晶体并不是绝对的，许多非晶体在一定条件下可以转化为晶体。例如古老建筑中的窗玻璃就经常出现局部的结晶状态。另外，人们发现，只要冷却得足够快并冷却到足够低的温度，几乎所有的材料都能成为非晶体。晶体又有单晶体和多晶体之分。一个食盐小颗粒是单晶体，许多食盐的单晶体粘在一起成了个大盐块，这就是食盐的多晶体。一般说来，如果整个物体是由许多杂乱无章排列着的单晶体组成的，这样的物体就叫多晶体。多晶体通常没有规则的几何形状，各方向的物理xìng质也相同，但是仍有确定的熔点。rì常见到的各种金属都是多晶体。把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许多晶粒组成的。因为多晶体的机构特点使它的xìng质介于单晶体和非晶体之间。
为什么们晶体和非晶体有这么多差异呢？这样从晶体的微观结构中寻找答案：
组成晶体的物质微粒（分子、原子或离子）的确依照一定的规律在空间中整齐地排列着。因此晶体中物质微粒间的相互作用力很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而使粒子远离，微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近的微小振动。非晶体内部物质微粒的排列是不规则的，所以非晶体没有规则的外形。
有的物质能够生成几种不同的晶体，这是因为组成这种物质的微粒可以按几种不同的方式形成不同的晶体结构。碳原子按照不同的排列可以形成金刚石和石墨。金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石具有很大的硬度。石墨中碳原子组成层状结构，各层间的距离比较大，相互作用力比较弱，所以质地松软。
可见物质的微观结构（能量状况）对物质的物理xìng质和化学xìng质产生极大的影响。
我们可以定义一个概念能量稳定度来描述不同物态、不同结构物质xìng质的一个渐变关系。
能量稳定度是指由物质内部结构决定的物质xìng质的稳定程度，它表现在同一等级上等量的能量对物质结构和xìng质改变的多少。如果一定量能量作用于a，b两物体，而a物体的xìng质和结构改变较小，就说a物体比b物体具有更高的能量稳定度。
由此，我们可以将不同物质的能量稳定度通过一个表来表示。
物质能量稳定度表
普通物质级气体↓
液体↓
固体非晶体↓
多晶体↓
单晶体↓
分子结构级↓
原子结构级↓
原子核结构级↓
……
↓指能量稳定度更高
这个表想要说明的是：一般说来，物质的机构越小，越微观，其能量稳定度就越高。意味着物质的微观结构越来越稳定，相比较下需要更多的能量才能改变。
2。物质的运动和转化
（1）物理变化
*1行星绕恒星运转
举太阳系中的地球为例，这种状况非常类似于经典的原子模型。不同在于地球在一个十分确定的轨道上绕太阳运转。太阳和地球之间有非常大的万有引力，而地球本身又在不停运动具有动能，而动能的存在维持着太阳和地球的相互位置和关系，所以在太阳和地球之间的包含着势能，太阳和地球之间的万有引力越强，那么势能就越强。由于并没有外来强大的外来能量干扰，地球的运转轨道是地球的动能和势能之间达到平衡的结果，而地球的动能和势能几乎从不受到影响以至于这个轨道是如此得恒定和jīng确。
在实际情况中还要考虑地球和其他行星之间的影响，但原理不会有太大的变化。可以说还是太阳系的能量关系，决定了太阳与不同行星之间的相互位置和关系。
*2地球表面的物体的升降运动
相比起地球的质量和体积来说，地球表面的很多物体实在是非常的小，因此大部分都被紧紧地束缚在地球表面上，但是在某些情况下，物体可以离开地球表面，到较高一点的地方去。举向天空抛小球为例：我将手中的小球抛向天空，我的化学能转化成为手的机械能再转化成为小球的动能，然后小球飞了出去。在上升过程中，小球的动能不断转化成为势能，直到在最高点小球的动能为0而重力势能达到最大，它开始下降做zì yóu落体运动。在zì yóu落体运动中，它的重力势能不断减小，动能不断增大，它的速度越来越快最后“轰”砸在地上，则此时动能最大势能最小。能量最终又传给大地。在这个过程中，能量由我传给小球，小球经过转化最终把能量传给大地（中间有一些能量传给了空气）。这个过程符合质能守恒定律。
*3物态变化
物态变化是物理变化，并不会改变分子的构成，只是改变分子的排列
前面已经讨论过，分子（包括单原子分子）构成物质。人们认为之所以物质会分为常见的固态，液态，气态，原因在于分子是不停运动的，具有动能；而分子之间还有吸引力叫分子间力。既然分子间力维持着分子之间的相互位置，那么这种分子间力包含着势能。分子间力越强，分子的势能就越大。在固体和液体里，分子的动能不足以克服分子间力。在气体中，分子的动能足以克服分子间力所以分子分离开来。对于物质来说，它所包含的分子（以及分子间）的能量决定了它的物态。但实际上能量是不是唯一决定物质的状态的因素呢？
这里可以做一个定量的试验：加热36g的冰直至全部变为水蒸气，再将水蒸气凝结成冰。测量在这过程中的能量变化可得：
0℃的冰＋能量→100℃的水蒸气
36g108864j36g
100℃的水蒸气＋能量→0℃的冰
36g108864j36g
这个试验在这里便可以说明能量在物态变化中所起到的作用了：似乎只有能量在物态的转变中起着决定xìng的作用。
（2）化学变化
化学变化会通过改变原子排列来改变分子的构成。结果导致一种新的物质产生，化学变化也伴随能量的变化。
*1释放能量的反应
任何以热的形式释放能量的化学反应是放热的。
例如氢在氧气里燃烧：
2h2+o2→2h2o+能量
这个反应其实是2个氢气分子被拆分为4个氢原子，一个氧气分子拆分成的2个氧原子，重新排列成为2个水分子并放出能量。更确切的说是氢分子和氧分子的化学键破碎而氢氧原子之间形成新的化学键，新的化学键和原来的化学键是不同的。既然原子本身并没有变化那么有没有可能能量是因为化学键的变化而放出的呢？那么到底什么是化学键，是什么在维系着分子的结构和原子的结构？
*2吸收能量的反应
2h2o+能量→2h2+02
这个反应实际上是在能量的作用下，2个水分子中的化学键都破碎然后4个氢原子和2个氧原子分别形成新的化学键。如果假定反应前后化学键的变化是吸收、释放能量的原因，就可以得出2个水分子中的化学键能量小于2个氢分子中化学键能量与1个氧分子中化学键能量的和。这样方程两边的能量才是平衡的。
在化学反应中，许多能量都是用来打破分子中的键，并在原子间形成新的键。在物理变化中，需要较小的能量来克服分子相互吸引的分子间力。打破分子中的键所需要的能量比克服在分子间的力大得多。对应不同能量稳定度的物质可以在不同得反应中划分出一个能量级别来。
前面的想法毕竟是猜想，就一般而言人们是这样解释化学反应中能量的变化的：能量可以作为化学能储存在原子里和分子里。在释放热量的反应中，化学能只是简单地转化成为热能放出；在吸收能量的反应中，热能转化成为生成物的化学能储存起来
有些反应只有在物质已经升高到一定的温度后才开始。比如，需要一定的能量来加热炭，使它能够着火。但是一旦点着，炭在燃烧时放出的能量就比加热炭所需要的能量更多。化学家能够测量升高每种物质的温度带到开始发生化学变化所需要的能量。他们也能够测量在这个反应进行中放出的能量。如果这个反应是放热的，释放的能量总大于这个反应所需要的能量。另一方面，如果在反应开始后继续吸收能量，那么这个反应就是吸热的反应。可以发现，对于不同的物质，有一个不同的临界能量值分隔开它的物理变化和化学变化。
（3）原子核反应
*1天然放shèxìng
由于从原子核里自发放shè粒子，而使一种元素变为另一种元素的过程，被称为放shèxìng衰变。
铀的放shèxìng衰变
铀238（质量数为238的铀的同位素）衰变时，它的原子核放出一个阿尔法粒子，这种粒子由2个质子和2个中子组成，同时放出热能和伽玛辐shè，形成钍234的原子核。
铀238→阿尔法粒子＋钍234＋能量
92p2p90p
146n2n144n(p代表质子，n代表中子。质量数等于质子数加中子数。)
注意原子核的粒子怎样重新安排，铀238的原子核损失2个质子和2个中子形成一个阿尔法粒子，剩下的形成钍234的原子核，它是由90个质子和144个中子形成的。方程两边质子数核中子数都没变，看起来这里的能量来自把阿尔法粒子束缚在原子核上的2个单位的质子束缚能和2个单位的中子束缚能，它一起被释放出来。
钍的贝他衰变
当钍234发生贝他衰变时，放出一个贝他粒子（实际上是一个电子），钍234变成镤234。
钍234→电子＋镤234＋能量
90p91p
144n143n
可以发现在这个反应中钍234里的一个中子分裂为一个质子和一个电子。那么，产生的镤234的原子核就比原来的钍234原子核少一个中子而多一个质子。好像一个中子就是由一个质子和一个电子通过一定关系组成的。这里的能量变化是：1个中子破碎，释放出1单位的束缚中子能和中子内部能，然后新质子吸收一部分作为质子束缚能使自己束缚在原子核上。最终释放的能量来自于1单位的束缚中子能加上1单位的中子内部能减去1单位的束缚质子能的差值。
*2元素的嬗变
1911年，卢瑟福用阿尔法粒子打进金箔，从这个研究，他获得了原子核概念的证据。然后1919年，卢瑟福用相同的方法把一束阿尔法粒子流对准氮14冲击。下面是发生的变化。
阿尔法粒子＋氮14→氧17＋质子
2p7p8p1p
2n7n9n0n
当氮14的原子核擒获阿尔法粒子时，产生了氧17的原子核和质子。方程两边的质子和中子的总数是相等的。卢瑟福实现了炼金术士的梦想，他能把物质变成另一种。但只有很少的阿尔法粒子能够穿透氮原子，因为带正电的阿尔法粒子与带正电的原子核士互相排斥的。为了使带正电的粒子能够打中带正电的原子核，科学家制出了粒子加速器，即增大电子、质子和其他带电粒子能量的装置，用加速后的粒子冲击元素。
不久科学家开始使用中子来进行这项试验。中子不带电荷，不受带正电的原子核的排斥，也不受环绕原子核的电子的排斥，比质子和阿尔法粒子更有效。下面是发生的变化。
氮14＋中子→氮15
7pop7p
7n1n8n
可以看出，当原子擒获中子时，产生的是同种元素的同位素。这个新产生的同位素常常是放shèxìng的。
如果我们分析这些反应的能量情况就会发现：通常是将一个特定的粒子加速使其有很大的动能后打进一个原子，使这个粒子能够被束缚在
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