3245.表层核外电子数量的物理化学意义

2014.1.1

说出来您可能不信，我研究物理化学基本上是从门捷列夫化学元素周期表开始的。

1966年文化大革命开始的时候我刚刚读到初中二年，物理开始讲小孔成像，化学还没有开始授课，就进入了停课闹革命，然后是当兵、进工厂、上大学、成为公务员，学术意义上的理化知识基本为零。

而最初的探索是从搞清学生字典后面的门捷列夫化学元素周期表开始的，对周期表的关注至今兴趣不减。

我发现丰富多彩的物质世界只有区区百十种化学元素，每增加一个质子就增加一种新的化学元素，每增加一个中子就增加一种新的同位素，而核外电子的数量和位置反映了核内质子的数量和位置。不仅如此，分子的形成丰富了物质的种类，分子的形成是通过核外电子共轭实现的，其意义不亚于原子的形成和改变。

核外电子的分布是有规律可循的：第一层的极值是2，第二层是8，说明氢、氦以外所有化学元素的内核可能是一样或接近的。氢射线和阿尔法射线的存在说明氢、氦元素在原子内部具有相对的独立性，氢、氦是带有基本粒子性质的化学元素。

我发现：中子的数量一般等于或大于质子的数量，越是高端化学元素二者的数量差别越大。而中子与质子的差别可能仅仅是一个负电子的差别，二者可能在一定条件下相互转化！例如中子离开原子以后可能转化为质子或氢同位素。

核外电子可能在一定条件下缺失，这就是离子现象，温度变化是产生离子现象的重要原因，去离子现象可能形成核外电子共轭，所以冶炼可以生产不同的合金，陶土可以变成陶瓷。

由于核外电子存在不同的层次，离子现象的程度和产生的条件会有所不同，核外电子共轭的程度也会有所不同，可能是表层单个核外电子共轭，也可能是深层次多个核外电子共轭，后者的稳定性必定强于前者。

表层核外电子的数量限制了表层核外电子共轭的数量，也决定了深层次核外电子共轭“窗口”的大小，对于以其为载体新物质的形成可能具有限制意义，所以表层核外电子数量具有重要的物理化学意义。

表层核外电子数目的计算可以通过原子序号减去每层核外电子的固定数目得到，例如60号化学元素（钕）的表层核外电子数目为60（也是该元素核外电子的数量总额）减去2（第一层核外电子数量），减去8（第二层核外电子数量），减去18（第三层核外电子数量），表层核外电子数量为32，是该周期化学元素核外电子的第四层，也是已知化学元素可能拥有表层核外电子数目的极值（从化学元素周期表上看其后每层核外电子的数目会递减）。

钕属于镧系化学元素，镧系化学元素可能属于稀土族，稀土的重要性由此可见一斑！

有趣的是金、银、铜仅有一个表层核外电子，汞、镉、锌两个，铊、铟、镓、铝、硼三个，铅、锡、锗、硅、碳四个表层核外电子，却具有优良的物理化学性质，可以与许多元素融合，可见核外电子共轭是可以跨层次的。

相同元素不同层次的核外电子共轭可能产生不同的物理化学性质，需要不同的条件形成，越深层次的核外电子共轭可能需要越苛刻的条件，也能经受类似苛刻的条件。所以，材料科学不仅要在种类上下功夫，也要在工艺上下功夫。

我探索学术意义上的自然科学终究是半路出家，底子薄，根基浅，但有良好的哲学基础和初生牛犊不怕虎的精神，敢于挑战权威，不怕讽刺，不怕出错，也可能会有意想不到的成果，这就是所谓“民科”的社会意义。

对于“民科”不能全信，也不能小觑，取其精华，去其糟粕才是正确的态度。