物质的构成
在分析理解各种物体的性质时,人们总是倾向于先从大小刚好的、熟悉的物体入手,然后一步步深入探究其内部结构,这样来寻找人眼所看不到的物质性质的本源。现在,我们就来分析一下蛤蜊烩菜这道菜。选择它进行分析,并不是因为它味道鲜美、营养丰富,而是由于它是一个非常好的混合物的例子。
我们看上一眼就知道它是由多种不同物质混杂在一起组成的:蛤蜊拉片、洋葱、番茄、芹菜、土豆、胡椒、肥肉末、盐和水,这些全部都被拌在了一起。
但其实我们能在日常生活中见到的大部分物质,尤其是有机物,一般都是混合物。这一点通常需要借助显微镜或放大镜才能确认。比如,用低倍放大镜就能看到牛奶是乳浊液,小滴奶油悬浮在均匀的白色液体中。
在显微镜下同样可以看到,土壤也是一种构成繁多的复杂混合物,其中含有石灰石、黏土、石英、铁氧化物、其他矿物质和盐类,以及各种动植物体分解而成的有机物质等,如果把一块花岗岩表面打磨光滑,放到显微镜下可以看到,这块石头是由三种不同物质(石英、长石和云母)的小晶体紧密地结合在一起形成的。
如果把对物质的细微结构进行研究看成逐级下降的阶梯的话,那么混合物只是第一阶梯,或者还只是处在楼梯口的位置。接下来我们可以对组成混合物的每一种纯净物的成分进行分析。
至于真正的纯净物质,如一根铜线、一杯水或一间屋子的空气(不算悬浮的灰尘),用显微镜观察会看到其中的组成成分都是相同的,没有不同的迹象。
事实也是如此,铜线等所有真正的固体(玻璃之类的非结晶体除外)在高倍显微镜的放大下都是所谓的微晶结构。
在纯净物中,我们看到的所有物质都是同一种类型的晶体——铜线中都是铜晶体,铝锅是由铝晶体组成的,食盐里只有氯化钠晶体。如果我们使用一种特殊技术(慢结晶),可以把食盐、铜、铝或任意一种纯净物的体积无限放大,在用如此方法得到的“单晶”中,每一小块都和其他部分一样均匀,就像水或玻璃一样。
依靠我们自己眼睛的观察,或者凭借倍数最大的显微镜所显示的结果来看,我们能否假设这些均匀的物质无论放大多少倍都能保持不变呢?换句话说,能否相信一块铜、一粒盐、一滴水无论分成多么小的一部分,它们每个部分具有的性质都是相同的呢?它们能否一直分割下去,更小的部分是否也具有同样的性质?