天啊,地球上的沙子快不夠用了!

2020-12-04 孔亦物理

近期英國《自然》雜誌發表的評論稱,目前沙子和礫石的採掘速度,已經超過了其自然恢復的速度。

有的小夥伴們就想了,撒哈拉沙漠那麼多沙子,還有中國塔克拉瑪幹沙漠,隨便一個地方都能挖出來很多沙子,為什麼會不夠用呢?我也查了一下有關資料,比如科技日報、中國經濟網提到,沙漠裡的沙子太滑溜啦。這要是用來蓋房子,那豈不變成了「沙雕」,誰敢住進去啊!有的小夥伴甚至腦洞大開:把沙雕都打碎了,不就有沙子了嗎?哈哈哈,笑得我肚子疼。

不過我們言歸正傳,今天帶領大家一起來學習一下沙子的性質。

沙子的主要成分為二氧化矽(SiO2),也就是石英。二氧化矽通過共價鍵相連。什麼是共價鍵呢?就是分子間通過共用電子對連接在一起。舉個例子,一個Cl原子,最外層有7個電子,但是需要最外層8個電子才能達到穩定結構,這樣就會缺一個電子。H原子最外層有1個電子,需要最外層2個電子才能達到穩定結構(當只有一個原子層時,穩定結構的最外層有2個電子;當有多個電子層時,穩定結構的最外層有8個電子)。聰明的原子Cl和H就通過共用1個電子對,就分別達到8個和2個電子的穩定結構了。電子對就是一對電子,也就是兩個電子,由Cl和H各提供一個,並且這個電子對是由Cl和H共同擁有,不單獨屬於任何一方。這就是共價鍵。

於是乎,有的小夥伴就開始思考了:對於Si和O來說,Si最外層為4個電子,O最外層為6個電子,分別需要4個、2個電子才能達到穩定結構。這樣的話只需要一個Si和兩個O分別共用2個電子對,不就可以達到穩定結構了嗎?也就是說,一個Si拿出來2個電子和第一個O原子的2個電子共用,Si再用剩下的2個電子和第二個O原子共用,完美,正好寫成分子式SiO2!

哇!你好厲害!都會搶答了!然鵝,這個答案是錯誤滴!

事實上,每個Si和4個O原子連接,每個O原子和2個Si原子連接,形成一個網狀結構,看看下面這個詭異的結構:

其中紅色的代表Si,每個Si都跟4個O相連。每個O都和2個Si相連。4個O原子構成一個正四面體,而Si正好處於正四面體的中心。

在這裡,Si和O是通過原子鍵直接連接在一起的,二氧化矽又稱為原子晶體。而HCl是通過分子鍵相連的,稱為分子晶體。二者有何區別呢?簡單來說,就是所有的Si和O都是連接在一起的,構成一個很大的網狀的整體。而HCl是這麼連接的:一個H和Cl構成一個HCl分子,眾多個HCl分子又通過分子間作用力連接在一起。

所以共價鍵可以形成兩類晶體:分子晶體和原子晶體。在高中,我們需要了解一些常見的分子晶體和原子晶體,下面我給出一些常見的例子:

原子晶體:單質矽(Si),金剛石(C),二氧化矽(SiO2),晶體硼(B),碳化矽(SiC),氮化硼(BN),天然氧化鋁(Al2O3)等等。其中前三個是需要大家重點記憶的。

分子晶體:除了原子晶體以為,剩餘的非金屬化合物大多數都是,如二氧化碳(CO2),氯化氫(HCl),氫氣(H2),氧氣(O2)等等。

後續會繼續為大家帶來更多學習內容,歡迎大家關注。

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    事實上,沙子撞擊地球的事件十分普遍,每天都在上演。太空中遍布著大量與沙子差不多大小的巖石微粒,它們會被地球的引力吸引過來,與地球發生相撞。如果地球沒有大氣層,一粒沙子撞上地球會造成多大的破壞呢?地球上的物體以某一初速度無動力擺脫地球引力束縛,逃脫到無窮遠的地方,把所有動能轉化為引力勢能,由此算出的速度即為第二宇宙速度。計算可知,沙子撞擊地面時,其動能約為63焦耳。這個能量對於地面的破壞很有限,但足以對被擊中的地球生命造成一定傷害。
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