用摩爾來(lái)表示物質(zhì)的量，也是十分方便的。科學(xué)家測(cè)得1摩爾（一“打”）的碳原子（指碳-12）的質(zhì)量正好是12克。從這里推算出1摩爾其他原子的質(zhì)量也很簡(jiǎn)單。比如，1摩爾氫原子的質(zhì)量是1克；1摩爾鐵原子的質(zhì)量是55.85克；1摩爾氧原子是16克等等。這里我們還可以看出，1摩爾任何原子的質(zhì)量，其數(shù)值等于這種原子的原子量。計(jì)算分子的質(zhì)量、離子的質(zhì)量都一樣方便。所以我們也可以說(shuō)，摩爾像一座橋梁，把單個(gè)的、肉眼看不見(jiàn)的微粒，同數(shù)量很大的微粒集體，以及可以稱量的物質(zhì)之間聯(lián)系起來(lái)了。用摩爾可以直接描述出化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物之間的數(shù)量關(guān)系。我們說(shuō)1摩爾碳和1摩爾氧氣反應(yīng)，生成1摩爾二氧化碳。

原子量

構(gòu)成萬(wàn)物的小小原子，究竟小到什么程度？中國(guó)古代有位叫公孫龍的說(shuō)過(guò)：“一尺之棰，日取其半，萬(wàn)世不竭。”意思是說(shuō)，有根一尺長(zhǎng)的木棍，每天把它截去一半，一萬(wàn)代也截不完。

如果確實(shí)有這樣的工具，能一直截下去的話，那么，一尺木棍每天截去一半，到第三天只剩下八分之一尺；第十天只剩下一千零二十四分之一尺；到第三十天，剩下十億分之一尺，這時(shí)木棍已經(jīng)比纖維素分子還小了；到第三十二天，只剩下四十億分之一民主黨派，相當(dāng)于原子大小了。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，不同的原子，大小也不同。原子的直徑一般是一億分之一厘米，或三十億分之一尺。打個(gè)比方，一個(gè)最小的細(xì)菌里面大約可以容納20億個(gè)原子！

這樣小的原子，有多重呢？雖則原子的種類不同，大小各異，重量也不同，但是科學(xué)家已經(jīng)測(cè)出各種元素的原子重量，只不過(guò)數(shù)值太小，寫起來(lái)太麻煩。例如，如果以克為單位，那么一個(gè)碳原子的重量是小數(shù)點(diǎn)后面22個(gè)0，才接上以克計(jì)的小數(shù)。這好像用大的磅秤來(lái)稱一粒芝麻那樣，很不恰當(dāng)。因此，科學(xué)家規(guī)定：以一個(gè)碳原子（指碳-12）重量的十二分之一為標(biāo)準(zhǔn)，其他的原子重量同這標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照得出相對(duì)重量，稱為這個(gè)原子的原子量。就是說(shuō)，用一種原子的重量，來(lái)衡量另一種原子的重量，兩種不同原子重量的比，才是原子量。所以，原子量是沒(méi)有單位的。例如氫的原子量等于1，碳是12，氧是16，鈉是23等等，這在化學(xué)計(jì)算方面很有用。

晶體結(jié)構(gòu)

在金屬世界里，每一種金屬都有自己的“脾性”。有的金屬容易變形，既可碾成片，也可拉成絲，像金、銀、銅、錫、鋁；有的金屬相當(dāng)硬，不容易變形，如鉻、鎢、釩、鉭等。金屬的“脾性”同它本身的晶體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。

讓我們用火柴盒里放彈子糖的方式，來(lái)說(shuō)明金屬的晶體結(jié)構(gòu)。找一個(gè)火柴盒，取出火柴，放一層彈子糖。在放第二、第三、第四……各個(gè)層次的彈子糖時(shí)，可以有不同的堆放形式。我們把第一層叫做A層，第二層叫做B層。如果第三層彈子糖直接放在第一層彈子糖的上方，這是另一個(gè)A層；第四層彈了糖直接放在B層的彈子糖上方，這又是個(gè)B層。這樣可以組成一種ABAB……晶體結(jié)構(gòu)。換一種推放法：開(kāi)始A層和B層與以前一樣，只是第三層作為C層彈子糖不放在A層上方，第四層才在A層上方，第五層是B層，第六層是C層，這樣就制成了一種ABCABCAB……晶體結(jié)構(gòu)。從這兩種晶體結(jié)構(gòu)模型可發(fā)現(xiàn)，只要一點(diǎn)點(diǎn)推力，上層彈子糖就容易滑下。具有這種晶體結(jié)構(gòu)的金屬，容易改變形狀。

如果我們?cè)诘谝粚拥纳戏剑P直地推放第二層彈子糖，這樣取出上下左右四顆彈子糖，構(gòu)成的是立方形，四顆彈子糖中間差不多還可以放一顆彈子糖，這樣堆砌起來(lái)的晶體結(jié)構(gòu)，就成了硬性金屬的結(jié)構(gòu)模型。如果把兩種不同的金屬，混合起來(lái)變成“合金”，會(huì)比其中任何一種金屬更硬。像我們?nèi)粘Ｊ褂玫挠矌牛褪卿X鎂合金。

有些螺絲或者齒輪的牙齒，比原來(lái)的鋼材要硬朗，而且耐磨，這是因?yàn)樵谑褂靡郧埃呀?jīng)把它放在含氮的氣體中，進(jìn)行熱處理，叫做滲氮。也就是在鐵晶體的空隙里，固定了一個(gè)氮原子，每一層都一樣。經(jīng)過(guò)這樣的排列，螺絲和齒輪牙的表面就很堅(jiān)硬了，并且可以防止劇烈的腐蝕。

除了金屬以外，有一些化合物，如食鹽、石膏、碳酸氫鈉、氫氧化鉀、硬脂酸鈉等成千上萬(wàn)種物質(zhì)，都有一定的結(jié)構(gòu)。氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)模型，我們可以用兩種不同顏色的彈子糖，在火柴盒里排列成一個(gè)方陣。將紅、白兩種彈子糖交替排列，像一塊國(guó)際象棋板。第二層彈子糖的顏色與第一層的“錯(cuò)位”，紅色的放在白色的上面，第三層再交錯(cuò)放，就制成了一種氯化鈉的模擬晶體結(jié)構(gòu)。紅色彈子糖代表鈉離子，帶正電荷，白色的彈子糖代表氯離子，帶負(fù)電荷。

同位素

在“化學(xué)大廈”——元素周期表的第一號(hào)房間里，住著氫的三“兄弟”，它們都只含有一個(gè)質(zhì)子，所不同的是，老大帶有2個(gè)中子，叫氚，老二只有1個(gè)中子，叫氘，老三沒(méi)有中子，“體重”最輕，通常叫氫，又叫氕。如果我們細(xì)心地檢查“化學(xué)大廈”的每個(gè)房間，可以發(fā)現(xiàn)其他元素都有類似的情況，化學(xué)家把這些含相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的元素互稱為同位素。

例如，第8號(hào)房間里，住著氧的三個(gè)同位素“兄弟”，它們除了各自都帶有8個(gè)質(zhì)子以外，老大帶有10個(gè)中子，老二帶有9個(gè)中子，老三帶有8個(gè)中子。其他“房間”里，有的同位素很多，像錫有10個(gè)同位素。另外，有的同位素是安分守已的，叫做穩(wěn)定同位素，如碳-12，碳-13；氯-35，氯-37。有的帶放射性，又是天生就有的，如鉀-40，鈾-235，鈾-238，稱為天然放射性同位素。還有一類是人造的，叫做人工放射性同位素，如镅、锎、鐒等。

一種元素的幾個(gè)同位素兄弟，“體重”各不相同。如氫的三個(gè)同位兄弟，老大最重，有人叫它“超重氫”；老二次之，人稱“重氫”；老三最輕，叫“氫”。這是由于它們?nèi)齻€(gè)各自帶中子數(shù)目不一樣的緣故。其他元素的同位素也一樣，誰(shuí)帶有中子數(shù)目多，誰(shuí)就重些。

同位素兄弟之間，各有所長(zhǎng)。氫的同位素老三，能燃燒，能同許多非金屬、金屬直接化合，是合成氨、氯化氫和有機(jī)合成中的氫化反應(yīng)的原料。雖然氫很難液化，但液態(tài)的氫是高能燃料。老二氘與老三氕比起來(lái)，化學(xué)活潑性差些，但是人工加速氘原子核，就能使它參與許多核反應(yīng)，這種反應(yīng)能放出巨大的能量，所以氘是一種未來(lái)的能源。其他各種元素的許多同位素，都有一套特別的本領(lǐng)。特別是某些放射性同位素，能不斷地放出能量。科學(xué)家利用它們的這種特點(diǎn)，來(lái)為人類服務(wù)，或者防止對(duì)人類的危害。例如釙-238，是一種長(zhǎng)壽命的動(dòng)力源，用它作為心臟起搏器動(dòng)力，可以用上十年。其他還有用來(lái)治病的同位素和用來(lái)診斷疾病的同位素等。

化學(xué)元素總共大約有2000多種同位素，假如讓這些同位素都工作，將給人類帶來(lái)無(wú)窮的好處。

有機(jī)分子結(jié)構(gòu)

在一二百年前，化學(xué)家發(fā)現(xiàn)兩種性質(zhì)完全不同的化合物，卻有同樣數(shù)量的原子。這是什么緣故呢”按照化學(xué)的定比定律，每個(gè)化合物都有一定的組成，而一種組成只能有一種化合物，那么同樣的原子組成的化合物，為什么又會(huì)性質(zhì)完全不同呢？于是，引起化學(xué)家們的激烈爭(zhēng)論。

現(xiàn)在，我們弄明白了：在有機(jī)界，往往出現(xiàn)同分異構(gòu)體。俗稱酒精的乙醇和甲醚，前者在室溫下是液體，后者在室溫下是氣體，這兩種性質(zhì)迥異的化合物的一個(gè)分子卻都有2個(gè)碳原子、6個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子，只不過(guò)結(jié)合的方式不同。有的化學(xué)家認(rèn)為有機(jī)分子是由各種原子結(jié)合起來(lái)的一個(gè)“建筑物”，原子就好像木架和磚石，它們按照一定的次序連結(jié)起來(lái)，“建筑物”就有一定的式樣和形象。

弄清有機(jī)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)有著重大意義。一個(gè)有機(jī)化合物，可能有幾個(gè)或幾百個(gè)以上的異構(gòu)體。現(xiàn)在科學(xué)家研究物質(zhì)首先要知道它的結(jié)構(gòu)，只有了解化合物的分子結(jié)構(gòu)，才能更好地研究或制造這種物質(zhì)。根據(jù)一定的結(jié)構(gòu)建立有機(jī)分子的手段叫作有機(jī)合成。正因?yàn)槲覀冋莆樟税岩环N物質(zhì)轉(zhuǎn)換成另一種物質(zhì)的技巧，才使物質(zhì)世界發(fā)生了一場(chǎng)革命。今天我們可以把石頭、石油、水和空氣變成布匹、纖維，在一兩百年前是不可想象的。

在150年前，人類需要的染料，只能從生物中提取。后來(lái)從煤焦油中發(fā)現(xiàn)了，化學(xué)家從此用有機(jī)合成的方法制出了千百種舊染料無(wú)可比擬的新產(chǎn)品。現(xiàn)在染料專家已經(jīng)能夠按照需要，從分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，合成鮮艷的產(chǎn)品來(lái)代替天然染料。

有機(jī)高分子物質(zhì)的合成，有著迷人的前景。我們已經(jīng)能夠制造勝過(guò)棉花的合成纖維，比鋼鐵還堅(jiān)硬的塑料，優(yōu)于天然橡膠的俁成橡膠。科學(xué)家正設(shè)法合成像蛋白質(zhì)、淀粉一類的天然高分子物質(zhì)，打開(kāi)人造食物的大門，但這只有在弄清這些物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)之后才能完成。

門捷列夫的偉大貢獻(xiàn)

1886年，德國(guó)化學(xué)家溫克勒爾發(fā)現(xiàn)了一種新的化學(xué)元素——鍺（Ge）。他獲得了如下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

1.原子量72.52.比重5.473.不溶于鹽酸4.氧化物的化學(xué)式GeO25，氧化物的比重4.706.GeO2在氫氣流中加熱被還原為金屬7·Ge（OH）2是弱堿8.GeCl4是液體，沸點(diǎn)為83℃，比重為1.887可是，說(shuō)也奇怪，十五年前，即1871年，在誰(shuí)也不知道有這樣一種元素的時(shí)候，俄羅斯化學(xué)家門捷列夫卻非常精確地預(yù)言了一些元素物理的性質(zhì)和特點(diǎn)，其中就有鍺這個(gè)元素。他預(yù)言這種元素的數(shù)據(jù)是：

1.原子量722.比重5.53.金屬，不溶于鹽酸4.氧化物的化學(xué)式MO25.氧化物的比重4.76.氧化物很容易被還原為金屬7.氫氧化物的堿性很弱8.化學(xué)式為MCl4的氯化物是液體，其沸點(diǎn)為90℃，比重約為1.9你不妨把溫克勒爾的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，和門捷列夫的預(yù)言逐項(xiàng)對(duì)比著看。門捷列夫的預(yù)言，是何等精確呵！

門捷列夫的預(yù)言不是“瞎子算命”，他是用精密的科學(xué)方法推斷出來(lái)的。

從門捷列夫的那個(gè)時(shí)代，到十九世紀(jì)中葉，人們發(fā)現(xiàn)的元素，已經(jīng)有六十多種了，這六十多種元素，都是零零星星，斷斷續(xù)續(xù)，孤立地發(fā)現(xiàn)的。究竟元素有多少種？誰(shuí)也說(shuō)不上。

正是為了要解答這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家開(kāi)始摸索元素的規(guī)律。有人按照元素的物理性質(zhì)，象熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、顏色、狀態(tài)、比重、硬度、電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性等來(lái)歸類；有人按照元素的化學(xué)性質(zhì)，象化合價(jià)、酸堿性等來(lái)歸類。但是都未能從中找出規(guī)律來(lái)。

門捷列夫在學(xué)習(xí)和總結(jié)了前人的經(jīng)驗(yàn)之后，決定采用一種新的辦法：他以元素本身所固有的屬性，即不受外界條件影響的原子量和化合價(jià)為依據(jù)，來(lái)探求元素的規(guī)律。

在門捷列夫之前，根據(jù)當(dāng)時(shí)測(cè)得的原子量，下面幾種元素排列起來(lái)是這樣的：

元素氫鋰硼碳鈹?shù)醴恿?7111213.5141619化合價(jià)+1+1+3+4-4+2+5-3+6-2+7-1在門捷列夫看來(lái)，這里的鈹就存在著問(wèn)題，因?yàn)樗幕蟽r(jià)應(yīng)該在鋰和硼之間才合適，而如果鈹在鋰和硼之間，那么它的原子量也應(yīng)該在鋰和硼之間，就是說(shuō)，鈹?shù)脑恿繎?yīng)該是9，即鋰的原子量7，加硼的原子量11，除以2，而不應(yīng)該為13.5。為此，科學(xué)家們?cè)俅斡脤?shí)驗(yàn)測(cè)定了鈹?shù)脑恿浚皇?，而不是13.5。

除了鈹外，門捷列夫還改正了銦、鈾、鋨、銥、鉑、釔和鈦等七種元素的原子量，而這些錯(cuò)誤的原子量，卻一直被公認(rèn)為是正確的，在門捷列夫之前，竟沒(méi)人敢懷疑。

當(dāng)時(shí)雖然還只發(fā)現(xiàn)六十多種元素，但是門捷列夫經(jīng)過(guò)對(duì)元素的綜合分析，和在列表對(duì)比中對(duì)已知各種元素特性的掌握，認(rèn)為某一元素和它的上、下、左、右各個(gè)元素之間，有著內(nèi)在的聯(lián)系，有的元素雖然當(dāng)時(shí)還未發(fā)現(xiàn)，但遲早一定會(huì)發(fā)現(xiàn)的，所以表上應(yīng)該為這些元素留下余地。

當(dāng)門捷列夫綜合了元素的各種特性，發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素周期律，并運(yùn)用化學(xué)元素周期律，排成了化學(xué)元素周期表時(shí)，表上的位置，不管它已經(jīng)是有了相應(yīng)的元素，或是相應(yīng)的元素還未發(fā)現(xiàn)，那個(gè)位置的本身，就表明了那一元素的全部性質(zhì)。門捷列夫那樣精確地預(yù)言的鍺，它左面的鎵，原子量是69.72；右面的砷，原子量是74.92；上面的硅，原子量是28.08；下面的錫，原子量是118.6。左、右、上、下四鄰元素的平均原子量是72.86，而鍺的原子量是72.5。這決不是偶然的，這就是規(guī)律所在，也是規(guī)律的依據(jù)。

化學(xué)元素周期律的發(fā)現(xiàn)，不僅結(jié)束了六十多種元素孤立、雜亂的狀態(tài)，也從此把人類對(duì)元素的認(rèn)識(shí)，從盲目引導(dǎo)到按照規(guī)律去尋找新元素的這條康莊大道上。

什么是放射性元素

1896年，在法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾的實(shí)驗(yàn)室里，出現(xiàn)了一件怪事：一卷包得好好的照相膠片，放在桌子上莫名其妙地感光了；一瓶熒光物質(zhì)——硫化鋅，放在桌子上，“無(wú)緣無(wú)故”射出淺綠色的光芒。

這是誰(shuí)在搗蛋？

貝克勒爾像大海撈針?biāo)频拈_(kāi)始尋找原因。最后，他的視線落到桌子上的一瓶黃色晶體上。謎底終于解開(kāi)了！經(jīng)過(guò)研究，貝克勒爾發(fā)表了他的論文：這種黃色的晶體——硫酸鈾酸鉀，具有一種奇妙的性質(zhì)：它能發(fā)出看不見(jiàn)的射線，使照相膠片感光，使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光。