从宏观物体到微观物质的层次结构

从宏观物体到微观物质的层次结构

说明：本文是综合网络上的相关知识，编辑而成，以供大家参考。

一

我们所在的这个宇宙是人类已知的最大物体，其曲率半径达到10^31m，约等于10^16光年。

（注：1光年≈ 9.46×10^15m，即约9.46万亿公里。天文学上还用“秒差距”pc作距离

单位，1pc≈3.08568×10^16m，约为3.26光年）。

宇宙中的物质不是连续均匀分布的，而是一团一团的，呈立体网状的。宇宙中包含很多个超星系团，并且各个超星系团之间相距遥远。

每一个超星系团里面又包含若干个星系团，星系团彼此之间也是距离遥远。

每一个星系团里面又包含若干个星系群，星系群彼此之间也是距离遥远。（星系群就是小的星系团，有的观点没有星系群的说法。）

每一个星系群里面又包含很多个大星系，大星系彼此之间也是距离遥远。我们所在的银河系就是大星系之一，银河系直径约为10万多光年。

每一个大星系里面又包含很多个恒星系。我们所在的太阳系，就是一个恒星系，它属于银河系中的一员。银河系包含上千亿颗恒星，恒星彼此之间距离非常遥远。

恒星系基本上都是由位于中心的一颗或两三颗恒星，以及周围的若干附属天体组成。附属天体包括行星、行星的卫星、彗星和其他一些小天体。

宇宙中除了上述天体，还弥漫着大量的星际气体和星际尘埃。

宇宙中所有的天体都在不断运转变化，各个星系团、恒星、行星和卫星等，都在旋转，既绕着它们系统的中心公转，同时又在自转。但旋转的速度、方向和轨道角度等都各有不同。

宇宙中时常都有老的恒星死亡，变成红巨星、白矮星或黑洞；也时常有新的恒星诞生，有超新星爆发。还有星系碰撞、撕裂、吞并等现象。

我们所在的太阳系，是由中心的一颗恒星——太阳，和周围的八大行星、数颗矮行星、上百颗天然卫星以及数以亿计的各种小天体组成。太阳系的直径约为10^16 m ，即大约1光年。

太阳是一颗中等大小的恒星，是一个炽热的充满强磁场的等离子球体，也是太阳系最大的天体。太阳的直径约为1.39×10^9m（即约为139万公里），大约只是太阳系直径的千万分之一。太阳的质量很大，占了太阳系总质量的98.5% 以上。

地球是太阳系八大行星中的由内向外排列的第三颗行星，太阳到地球的距离称为一个天文单位，约为1.5×10^11m（即约1.5亿公里）。

地球的直径约为12700多公里。地球构造主体分为三个层次，由外到内依次是：地壳、地幔和地核。地壳是地球固体部分的最外层，平均厚度约17 km 。

地球是圈层结构，可分为地球外圈和地球内圈两大部分。地球外圈可进一步划分为四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈可划分为三个基本圈层，即地幔圈、液态外核圈和固态内核圈。在地球外圈与地球内圈之间还有一个过渡圈层，叫软流圈。这样，整个地球总共包括八个圈层。

岩石圈，是地球表层的一个坚硬的固体圈层，主要由地壳和地幔的上层部分组成，成分主要是各种岩石。岩石圈厚度不均，平均厚度约为100 km 。岩石圈可分为六大板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块和南极洲板块，这些板块在软流圈上面缓慢漂移。

地球表面71%为海洋，29%为陆地。地球陆地分为五块大陆（欧亚大陆、非洲大陆、美洲大陆、澳洲大陆和南极大陆）和很多岛屿。地球上的海洋包括四个大洋（太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋）及其附属海域。（也有观点认为还应该划分一个南冰洋）。

地球上的生物包括植物、动物和微生物。现存的植物约有40多万种，动物约有110多万种，微生物至少有10多万种。现存的生物都生活在岩石圈的上层部分至大气圈的下层部分，以及水圈的大部分，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈。

地球上的生物种类繁多，尺度悬殊也很大。最小的寄生病毒，直径不到30nm；能独立存活的微生物，也有小至100nm的。而现存的最大动物——蓝鲸，体长可达30m以上，体重可达到近200t。

人类属于动物之一，但是与其他动物明显不同，人类具有高度智慧，创造了高度发达的文明。目前在宇宙中还没有发现其他高级智慧生物。

高等生物的躯体，可分为若干个部分，每个部分又分为若干组织，每种组织由相应的细胞构成。一个人体总共由几十万亿个细胞构成。

细胞是生物体基本的结构和功能单位。除了寄生病毒以外的所有生物体，都是由各种细胞构成。不同种类的细胞，其寿命、功能和大小都不同，小的只有1μm，大的有100μm（即0.1mm）。

物质可分为无机化合物和有机化合物两大类。

有机化合物，简称有机物，是指含有碳元素的化合物，也可看作是碳氢化合物及其衍生物。通常把一些简单的含碳化合物，比如一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐等，作为无机物来研究。生物体中大多数种类的物质、生物死亡后分解或转化的物质、石化燃料类物质及其化工制品（塑料、橡胶、药物等），大都属于有机物。

除了有机物之外的其他所有物质，都属于无机物。比如各种岩石、沙砾、土壤和大气的主要成分，水（冰），矿物等，都是无机物。

目前已知的无机化合物约有5万种，而有机化合物达到700万种以上。

不论无机物还是有机物，都是由大量的分子组成的。

分子是物质中能够独立存在、相对稳定并保持该物质化学特性的最小单元。不同的物质，具有不同的分子。所有分子都在永不停歇地做无规则运动（包括移动或振动），分子之间都有间隙。在分子的作用力范围内（通常不超过分子直径10倍的距离），分子之间具有相互作用力（引力和斥力）。

不同的分子，大小和质量都差异较大。蛋白质、纤维素之类的高分子化合物，其分子能达到0.1mm，分子量可达几百万。一般物质的分子，直径尺度为10^-10m，即0.1纳米，分子量从几到几百不等。

分子量，表示物质分子的相对质量。各种分子的分子量，可以查询资料或根据原子量计算得到。

物质的量，用摩尔（mol）作单位来表示。 1mol的任何物质所包含的结构粒子数与12克的碳-12元素的原子数目相等，该数目等于6.02×10^23，这个数目叫摩尔常数，又称为阿佛加德罗常数，即1mol = 6.02×10^23 。

1mol物质的质量叫该物质的摩尔质量，单位是g/mol 。任何原子、分子或离子的摩尔质量，数值上分别等于该种粒子的原子量、分子量或组成离子的原子团的原子量之和。比如氧气的分子量是32，那么1摩尔氧气分子的总质量为32克。

任何物质的质量，等于物质的量（摩尔数，单位mol）与该物质的摩尔质量（单位g/mol）之乘积。

在0℃及1标准大气压的标准状况下，1mol的任何气体所占的体积都是22.4升。

分子都是由一种或多种原子构成。不同种类和数量的原子，能够构成很多种不同的分子。即使相同种类和数量的原子，也可以构成不同的分子，因为分子结构还包括以下两个方面：一是原子在分子中的排列方式，二是分子中的原子与原子之间的结合方式。

如果某种物质的分子只包含一个原子，我们就说这种物质是由原子直接构成的。纯金属物质基本都属于这种情况。

如果某种物质的分子包含多种原子，但物质并非由分子简单组合而成，而是由不同原子按照一定规律间隔排列组合而成，我们也可以认为这种物质是由不同原子构成的。氯化钠之类的离子型晶体基本就属于这种情况。