无限的化合物,自然界中的大部分物质都是由十几种元素组成的

时间:2023-11-17 22:09:03

“现在,你们已经明白了单质能以种种方式化合,从而产生许多性质各异的其他物质,这种物质称为‘化合物’,因为它是由两种或两种以上的元素组成的。水是一种化合物,麦粉、木材、纸、煤油、松脂等也是化合物。水由氢和氧组成,关于氢和氧的性质我们稍后就会说到,而其余的几种化合物除了含有氢和氧,还含有大量的碳。”

“可以说,化合物的数目是无限的。但这许许多多的化合物都是由若干种元素组合而成。有些用处很小的元素,即使没有它们,对自然界物质的总数也不会产生很大影响,黄金便是这种次要元素之一。严格来说,自然界中的大部分物质都是由十几种元素组成的。”

无限的化合物,自然界中的大部分物质都是由十几种元素组成的

约尔追问道:“不过我仍有一个疑问:既然自然界中物质的总数是无限的,那么组成这些物质的元素为什么只有那么多呢?我更困惑的是,为什么自然界中的物质大多用十几种元素就能组成呢?”

“我料到你们会有这样的疑问,这正是我接下来想要说的。举一个类似的例子吧,字母表中的字母只有26个,但这26个字母能够组成多少单词呢?”

“啊,这我可没数过。不过,就算是最薄的词典也有不少单词呢。我们先估计有1万个吧!”

“好的,我们也不需要太精确的数字,就算是1万个单词吧。但你们要知道,这些单词还只是我们自己的文字。事实上,无论过去、现在还是将来,这些字母都能组成全世界许多国家的文字,像拉丁文、英文、西班牙文、意大利文、德文、丹麦文、瑞典文等,它们原本就是由这26个字母组成,而即使是希腊文、印度文、阿拉伯文、中文以及一些方言土语,其实也可以用这些字母来拼成。如果我们把这所有的文字都算上,你们想一想总共是多少呢?”

约尔说:“那肯定不止几万个,而是上百万个了。”

“好,如果我们用这26个字母来代表元素,用它们组成的许许多多的单词来代表化合物,就能很明白地说明这个问题了。几个字母按一定的顺序排列组合起来,形成了不同的单词,每个单词都有着不同的意思。与之相似,几种元素按一定的比例化合起来就变成了不同的化合物,每种化合物都带有特别的性质。”

约尔插嘴说:“那么,元素就是组成化合物的成分,就像字母是组成单词的成分一样了。”

“没错,孩子。”

“那这么说来,化合物的数量和世界各国语言中的单词数量一样多?可我总觉得字母组成的单词要更多一些呢。字母有26个,而据你所说,组成绝大多数化合物的元素只有十几种,26个字母的组合显然要比十几种元素的组合多。”

“在发音相同的情况下,字母的数量其实是可以减少一些的,想想我们的语言中k、q和c有什么不同呢?所以,其中只有一个是必要的,其余两个则不必要。同样,c和s的发音是相同的,还有x和ks,y和i。我们把许多发音重复的字母去掉后,依旧可以组合出很多不同的单词。不过需要承认的是,即使排除一些字母,字母的组合还是要比元素组成的大部分化合物的数量多。而元素的组合方式却并不比字母的组合方式少。

“我们要拼写一个单词,通常会用到好几个字母,比如,有一个又长又难读的单词‘floccinaucinihilipilification’(谑,(对荣华富贵等的)轻蔑。英文中最长的单词,出现在莎士比亚的剧本《空爱一场》中。),单词中共有29个字母,由12种字母组成,要一口气读完也挺不容易。而组成化合物却并不需要这样多的元素,通常化合物只含有两三种元素,含有4种元素的化合物很少。这些元素组成的化合物类似于那些使用1~4种字母拼成的单词,比如,硫化亚铁由两种元素组成;水也由两种元素组成;油脂含有3种元素;动物肌肉则含有4种元素。我们把含有两种元素的化合物称为‘二元化合物’,含有3种或4种元素的化合物则称为‘三元化合物’或‘四元化合物’。

“你们可能会问,既然化合物一般由2~4种元素组成,为什么它们会有那么多变化呢?我们可以用单词‘rain’举例来解释。如果我们把它的第一个字母换成别的字母,可以得到gain、lain、vain、wain、pain等单词。同样,单词‘fin’也可以变为tin、din、sin,仅仅改变单词中的一个字母就可以完全变成另一个单词。化合物的变化也是这样:

其中的一个元素被另一个元素代替,就会形成新的化合物。

“还有一种变化可以让化合物产生更多的组合形式。例如,一个单词中,同样的字母可以重复几次(像刚才提到的单词‘foccinaucinihilipilifcation’,字母i就出现了9次)。同样,在化合物中,相同的元素也可以重复两次、三次、四次、五次甚至更多,它的每一次重复都会产生出一种新的化合物。然而,在词典中却很难找到这样的例子,因为我们的文字极少在一个短词中有很多重复的字母。假设有这样一连串单词ba,bba,bbba,bbbba……再假设这些单词每个都有不同的意思,那么,这个比喻就和化合物的变化情况非常接近了。”