从宏观物体微观物质的层次结构
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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。
二
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)。
三
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。