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氦原子凝聚成液体或固体时是什么形状?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-04-29 08:10:43

这是一个有趣的问题,因为氦是所有元素中最不活泼的元素之一。它的原子之间的结合非常弱,以至于即使在非常接近绝对零度的温度下,氦也不能在大气压下形成固体。事实上,氦只有两个电子完美地填满了它唯一的原子轨道,它根本不会形成共价键(除了一些罕见的、高度反应性的阳离子)。

那么固体氦到底是怎么存在的呢?欢迎来到范德瓦尔斯力的奇妙世界。

先不考虑量子力学,假设两个氦原子紧挨着。此外,假设在某个时间点,来自一个原子(我们称它为原子1)的电子碰巧离另一个原子(原子2)。

氦原子凝聚成液体或固体时是什么形状?

根据库仑静电引力定律,原子1的原子核将原子2的电子拉得更近,因为它们带有相反的电荷。与此同时,原子2的原子核被推得更远。

同时,来自原子2的电子吸引原子1的原子核,同时排斥它的电子。结果,原子变得越来越极化,并被拉得更近。(我想这句话听起来确实有点奇怪……)

在现实生活中,量子力学效应会无限期地阻止这一过程的进行,因此范德华引力比正常键要弱得多。然而,当没有其他键合过程存在且温度较低(防止原子随机地相互弹跳)时,这就变得非常重要。

这两种情况都存在于固体氦中。因此,当温度足够低,压力足够高时,氦原子获得诱导极化,结合在一起,整齐地排列成一个六边形紧密排列的晶体。

氦原子凝聚成液体或固体时是什么形状?
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