理查.道金斯是世界最知名的演化生物學家,倡導科學教育不遺餘力,他一直嘗試將科學奇蹟背後的各種原理介紹給所有成年讀者。道金斯在本書做了截然不同的嘗試,他與大名鼎鼎的藝術家戴夫.麥金合作,借重他無可匹敵的圖像解說能力,讓所有年齡層的讀者都能輕易欣賞科學的魔力。
晶體──排成閱兵隊形的原子
鑽石晶體是一個巨大的分子,沒有固定大小,由數百萬個碳原子固結而成,所有的原子整齊劃一地以非常特定的方式結合成一體。在晶體內部,這些原子彼此間隔的空間完全一致,你可以把它們想成是一群排成閱兵隊形的原子,唯一的差別是它們的隊形是三維空間,就像魚群一樣。不過這種魚群裡的「魚」數量相當驚人,即使是最小的鑽石晶體裡的碳原子,數量也比全世界所有魚類(加上所有人類)的總和多。「固結」是一種容易造成誤導的描述方式,它會讓你把原子聯想成彼此緊挨的固體碳塊,中間完全沒有任何空隙。事實上,我們將會提到,絕大多數「固體」物質是由空的空間構成的。這裡需要一點解釋!我會回來再做說明。
所有晶體都是由相同的「隊形」構成的,原子以固定的模式排列,彼此間隔的距離完全相同,這種形式決定了整個晶體的形狀。事實上,我們說的晶體指的就是原子的排列方式。有些「士兵」可以呈現的「隊形」不只一種,因此能產生各式各樣的晶體。當碳原子以某種隊形排列時,可以形成堅不可摧的鑽石晶體。如果碳原子採取的是另一種隊形,則會形成石墨晶體,這種晶體柔軟到可以當做潤滑劑來使用。
我們把晶體想成美麗的透明物體,我們在描述其他透明的事物(例如純水)時也會用「晶瑩剔透」來形容。然而實際上,絕大多數固體事物是由晶體構成的,而且絕大多數固體事物並非透明。鐵塊是由許多微小晶體緊密結合而成,每個晶體都由數百萬個鐵原子組成,這些鐵原子彼此間隔相同,就像鑽石晶體裡「排成隊形」的碳原子一樣。鉛、鋁、金、銅,它們分由不同種類的原子晶體構成。岩石(如花崗岩與砂岩)也是一樣,但它們通常混合許多種類不同且緊密結合的微小晶體。
砂也是晶體。事實上,許多砂粒是被水與風磨碎的小粒岩石。泥也是如此,它額外混合了水或其他液體。通常砂粒與泥粒會再次結合成新的岩石,我們稱為「沉積」岩,它由砂與泥的沉積物石化而成。(「沉積物」是沉積在液體底部的固體物質,例如沉積在河底、湖底或海底。)砂岩裡的砂的主要構成物是石英與長石,這兩種晶體是地殼的常見物質。石灰岩的成分則不同。與白堊一樣,石灰岩的成分是碳酸鈣,它來自磨碎的珊瑚骨骼與海貝殼,包括微小的單細胞生物(稱為有孔蟲)的外殼。如果你看見非常白晢的沙灘,上面的砂很可能來自同種類貝殼的碳酸鈣。
有時候,晶體完全由同種類(全來自相同元素)「排成隊形」的原子組成。鑽石、金、銅與鐵均屬此類。但還有一些晶體是由兩種原子組成,同樣也排成嚴謹的隊形,例如兩兩交錯。鹽(食鹽)不是元素,而是鈉與氯兩種元素的化合物。在鹽晶體中,鈉原子與氯原子相互交錯排成隊形。其實在鹽這個例子裡,鈉與氯不稱為原子,而稱為「離子」,但我不打算在此多做解釋。每個鈉離子有六個氯離子鄰接,彼此呈直角:前、後、左、右、上與下。每個氯離子周圍也環繞著鈉離子,方式完全相同。整個排列由許多正方形構成,這是為什麼當你仔細用高倍透鏡觀察時,會發現鹽晶體呈立方體──三維的正方形──或至少邊緣呈方形。另外還有許多晶體是由一種以上的原子「排成隊形」組成,這類晶體很多可以在岩石、砂子與土壤中發現。
(本文轉載自理查.道金斯新書《什麼才是真的?》,中文譯本由大塊文化出版)
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