化学反应的本质

化学反应的本质

伦琴发现X射线，贝克勒尔发现元素的放射性，居里夫人对这种放射性作出进一步研究并且发现有强大放射性的钋与镭。这一切发生之后，科学界对之作出了什么反应呢？

科学界的反应无疑是热烈的，因为元素放射性的存在向传统的基本定律：即物质与能量的守恒定律提出了挑战。根据传统的物质与能量守恒定律，物质与能量应该是守恒的，既不会无中生有，也不会从有化无。然而放射性的存在却似乎否定了这个定律。因为放射性元素根本不需要什么动力就能够自己放射出强大的能量，既不知它的能量从何而来，又不知它们归于何处。这自然会激起科学家们要解决这一问题的决心。

解决这个问题的是英国物理学家汤姆逊，他发现阴极射线是一些带电微粒，不仅会被磁场偏转，还会被电场偏转，它带的是负电。他还测出了这种微粒的质量约为氢原子质量的1/2000。经过进一步实验，汤姆逊发现，所有化学元素的原子里都有这种微粒。

不同的浓度对化学反应速度有不同的影响。

如此，汤姆逊得出了这样的结论：所有物质，无论其来源是什么，都包括同一种粒子，这种粒子的质量要比原子小得多，而且是原子的组成者。汤姆逊理论的革命性是显而易见的，它终结了千年以来西方人认为的原子不变、原子构成物质的最小微粒的理论，因此，汤姆逊一时被称为“原子的分裂者”。他所发现的组成原子的微粒就是电子，前面在讲物理学时也说过了，除了电子外，组成原子的还有质子和中子，它们组成了原子核，电子围绕原子核高速旋转。原子的这个结构就体现了化学反应的本质。

我们知道，不同元素的电子数是不相同的，有的很少，例如氢，只有一个，因此它也就无所谓排列。有的则很多，例如碳有6个，钋有84个，而镄有多达100个。这么多电子在原子核外面怎么行兵布阵呢？

不同的金属会使火焰呈现不同的颜色。

电子排列的规律总结起来有三个：

一、电子的能量有大有小，因此距原子核的距离有近有远，能量大的距原子核的距离远，能量小的距原子核的距离近。二、电子在原子核外面是分层排列的。即原子核外面的电子哪几个力气大，哪几个力气小，这都是有一定的数量限制的。力气差不多大小的电子就在原子核外面形成单独的一层，它们只在这一层运动。这样，电子们就在原子核外面形成了一层一层的排列方式。三、无论对于什么元素，每层可以排列的电子数都是有限制的。而且排列时总是先满足距原子核近的一层，然后依次往外。

以上就是核外电子排列的三个规律。了解了元素的核外电子数后，我们就基本上可以由之了解元素的各种化学性质了。那么元素的性质与核外电子数之间到底有什么关系呢？

一是与其总数有关，二是与最外层电子数有关。

对于一个原子而言，电子的总数越多，就要分更多的层次来排电子。而越往外，电子受到的原子核的引力就越小，或者说电子的能量也就越大。这样一来，电子就更容易摆脱原子核的束缚，甚至能自己逃出去，因此元素也就越不稳定。当然这种说法只具有近似的意义，或者说只对于一些核外电子数特别多的元素有用，例如放射性元素，它们具有放射性的原因之一就是因为电子不断地摆脱原子核的束缚而逃逸出去，同时释放能量。而且，之所以94号元素钚之后的元素都是人工元素且是放射性元素，也是因为这时候由于核外电子数太多，在95个以上，因此元素自然不能稳定，在自然状态下甚至根本不能形成这样的元素，必须人工施以强大的作用力才能形成。

与元素性质关系最密切的是最外层电子数。我们上面说过，一个原子的核外电子数，除了第一层最多只能有2个外，其余各层不尽相同，但最外层最多只能有8个电子。这时您当然会问，如果少于8个电子会出现什么样的情形呢？那么我们要说，无论它最外层有几个电子，这都将对它的化学性质产生根本性的影响。

首先，当一个元素的原子最外层有8个电子时，它是最稳定的，因为它达到了最大数目，不多也不少。这时候，无论要它吸收电子还是释放电子都十分困难。这样的元素也就是最稳定的元素，它被称为“惰性气体”，“惰性”就是“懒惰”的意思，即这种元素相当懒惰，不喜欢与其他元素一起组成化合物。这些惰性气体大家都知道，分别是氦、氖、氩、氪、氙、氡六种。它们的最外层除氦以外都是8个电子。例如氙是第54号元素，它的核外电子数共分五层，从里到外，即K、L、M、N、O分别是2、8、18、18、8个电子。这里有一个例外就是氦，它的最外层只有2个电子，但也是惰性气体。其原因当然是因为它加起来也就2个电子。前面说过，第一层有2个电子就是最稳定的，因为它最多也就这么多。

浓硝酸与铜的反应也是氧化还原反应。

其次，如果最外层少于8个电子呢？它又要分好几种情形。

首先，最外层的电子很少，只有1个或者2个，这时候的元素就“比较活泼”。我们可以这样看，元素的最外层电子总是趋向于达到8个，也就是达到稳定的状态。如果不够，或者少得太多，这时候它就会变得不稳定，也就是容易与别的元素产生化学反应。在前一种情况下，即最外层只有一两个电子时，它总急于将这一两个电子丢掉，反正它下一层的电子是满的。这样，元素所表现的性质就是不稳定、活泼。在元素周期表上，我们看最左边那一竖行或者两行，会看到锂、钠、钾等，它最外层只有1个电子，然后往右一竖行是铍、镁、钙等等，它的最外层只有2个电子。这些元素的主要特点之一是极不稳定，在自然界中甚至无法以单质的形式存在。因为它只要遇到空气，就会马上与空气中的氧产生反应。如此一来，怎么能够单独存在呢？

电子的转移

第二种情形是最外层电子很多，例如有6个或者7个电子，当然想达到8个电子之数，想从别的原子那里弄几个电子过来。于是，它也表现得不稳定，容易与别的元素产生反应，从别的原子那儿弄几个电子来。它们在自然界中也基本上不能以单质的形式存在，例如氟、氯等。原因也与上面差不多，它们只要放在空气中就能与空气中的许多元素发生化学反应，变成化合物，这样一来，自然就难以单质的形式存在了。

第三种情形是最外层电子不多也不少。例如3个、4个、5个，这时候元素的性质就相对来说比较稳定。例如氮、氧、碳、硅等，都是这样。它们在常温下都不怎么活泼，不大容易与别的元素起化学反应。

以上就是核外电子数与元素性质的关系了。这里要强调的是，这种说法完全是一种大略的说法。要深入了解元素的化学性质及其成因还得进行深入具体的研究才行。而元素之间的化学反应就与元素的最外层电子数关系至为密切，因为所谓化学反应就是元素之间最外层电子的转移。我们举一个例子来说，例如钠与氯反应生成氯化钠。我们知道，钠原子的最外层是1个电子，而氯原子的最外层是7个电子。这样，当钠与氯反应成氯化钠时，就是一个钠原子失去它的那个最外层电子，而氯原子则得到这个电子，这样双方就结合起来共同组成了新的氯化钠分子。在这个反应之中，那个失去电子的钠称为“被氧化”，而得到电子的氯叫“被还原”。至于这里有没有氧大家就不要管了，它只是借用氧之名而已。化学反应虽然形式众多，但其本质都是如此，即都是元素原子间电子有了变动：或者有原子得到电子，或者有原子失去电子，或者原子虽没有失去或者得到电子，但原子的结合方式发生了变化。这就是化学反应的本质。