从宏观物体微观物质的层次结构.docx

说明：本文是综合网络上的相关知识，编辑而成，以供大家参考我们所在的这个宇宙是人类已知的最大物体，其曲率半径达到10人35，约等于 10人16光年注：1光年~ 9.46X10T5m，即约9.46万亿公里天文学上还用“秒差距” pc作距离 单位，lpc~3.08568X 10人 16m，约为3.26光年）宇宙中的物质不是连续均匀分布的，而是一团一团的，呈立体网状的宇宙中包 含很多个超星系团，并且各个超星系团之间相距遥远每一个超星系团里面又包含若干个星系团，星系团彼此之间也是距离遥远每一个星系团里面又包含若干个星系群，星系群彼此之间也是距离遥远星系群 就是小的星系团，有的观点没有星系群的说法每一个星系群里面又包含很多个大星系，大星系彼此之间也是距离遥远我们所 在的银河系就是大星系之一，银河系直径约为10万多光年每一个大星系里面又包含很多个恒星系我们所在的太阳系，就是一个恒星系， 它属于银河系中的一员银河系包含上千亿颗恒星，恒星彼此之间距离非常遥远恒星系基本上都是由位于中心的一颗或两三颗恒星，以及周围的若干附属天体组 成附属天体包括行星、行星的卫星、彗星和其他一些小天体宇宙中除了上述天体，还弥漫着大量的星际气体和星际尘埃。

宇宙中所有的天体都在不断运转变化，各个星系团、恒星、行星和卫星等，都在 旋转，既绕着它们系统的中心公转，同时又在自转但旋转的速度、方向和轨道角 度等都各有不同宇宙中时常都有老的恒星死亡，变成红巨星、白矮星或黑洞；也时常有新的恒星 诞生，有超新星爆发还有星系碰撞、撕裂、吞并等现象我们所在的太阳系，是由中心的一颗恒星——太阳，和周围的八大行星、数颗矮 行星、上百颗天然卫星以及数以亿计的各种小天体组成太阳系的直径约为10人16 m ，即大约1光年太阳是一颗中等大小的恒星，是一个炽热的充满强磁场的等离子球体，也是太阳 系最大的天体太阳的直径约为1.39X10人9m （即约为139万公里），大约只是太阳 系直径的千万分之一太阳的质量很大，占了太阳系总质量的98.5% 以上地球是太阳系八大行星中的由内向外排列的第三颗行星，太阳到地球的距离称为一个天文单位，约为1.5X10 Jim （即约1.5亿公里）地球的直径约为12700多公里地球构造主体分为三个层次，由外到内依次是： 地壳、地幔和地核地壳是地球固体部分的最外层，平均厚度约17 km地球是圈层结构，可分为地球外圈和地球内圈两大部分地球外圈可进一步划分 为四个基本圈层，即大气圈、水圈、生物圈和岩石圈；地球内圈可划分为三个基本 圈层，即地幔圈、液态外核圈和固态内核圈。

在地球外圈与地球内圈之间还有一个 过渡圈层，叫软流圈这样，整个地球总共包括八个圈层岩石圈，是地球表层的一个坚硬的固体圈层，主要由地壳和地幔的上层部分组成， 成分主要是各种岩石岩石圈厚度不均，平均厚度约为100 km 岩石圈可分为六 大板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度洋板块和南极洲板块， 这些板块在软流圈上面缓慢漂移地球表面71%为海洋，29%为陆地地球陆地分为五块大陆（欧亚大陆、非洲大陆、 美洲大陆、澳洲大陆和南极大陆）和很多岛屿地球上的海洋包括四个大洋（太平 洋、大西洋、印度洋和北冰洋）及其附属海域也有观点认为还应该划分一个南 冰洋）地球上的生物包括植物、动物和微生物现存的植物约有 40 多万种，动物约有 110多万种，微生物至少有10多万种现存的生物都生活在岩石圈的上层部分至大 气圈的下层部分，以及水圈的大部分，构成了地球上一个独特的圈层，称为生物圈地球上的生物种类繁多，尺度悬殊也很大最小的寄生病毒，直径不到30nm ；能 独立存活的微生物，也有小至100nm的而现存的最大动物——蓝鲸，体长可达30m 以上，体重可达到近2001人类属于动物之一，但是与其他动物明显不同，人类具有高度智慧，创造了高度 发达的文明。

目前在宇宙中还没有发现其他高级智慧生物高等生物的躯体，可分为若干个部分，每个部分又分为若干组织，每种组织由相 应的细胞构成一个人体总共由几十万亿个细胞构成细胞是生物体基本的结构和功能单位除了寄生病毒以外的所有生物体，都是由 各种细胞构成不同种类的细胞，其寿命、功能和大小都不同，小的只有1口m,大 的有 100 口 m （即 0.1mm）物质可分为无机化合物和有机化合物两大类有机化合物，简称有机物，是指含有碳元素的化合物，也可看作是碳氢化合物及 其衍生物通常把一些简单的含碳化合物，比如一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸 盐等，作为无机物来研究生物体中大多数种类的物质、生物死亡后分解或转化的 物质、石化燃料类物质及其化工制品（塑料、橡胶、药物等），大都属于有机物除了有机物之外的其他所有物质，都属于无机物比如各种岩石、沙砾、土壤和 大气的主要成分，水（冰），矿物等，都是无机物目前已知的无机化合物约有5万种，而有机化合物达到700万种以上不论无机物还是有机物，都是由大量的分子组成的分子是物质中能够独立存在、相对稳定并保持该物质化学特性的最小单元不同 的物质，具有不同的分子所有分子都在永不停歇地做无规则运动（包括移动或振 动），分子之间都有间隙。

在分子的作用力范围内（通常不超过分子直径10倍的距 离），分子之间具有相互作用力（引力和斥力）不同的分子，大小和质量都差异较大蛋白质、纤维素之类的高分子化合物，其分子能达到0.1mm，分子量可达几百万一般物质的分子，直径尺度为lO^-lOm, 即0.1纳米，分子量从几到几百不等分子量，表示物质分子的相对质量各种分子的分子量，可以查询资料或根据原 子量计算得到物质的量，用摩尔（mol）作单位来表示1mol的任何物质所包含的结构粒子数 与12克的碳-12元素的原子数目相等，该数目等于6.02X10人23,这个数目叫摩尔 常数，又称为阿佛加德罗常数，即1mol = 6.02X10人231mol物质的质量叫该物质的摩尔质量，单位是g/mol任何原子、分子或离子的 摩尔质量，数值上分别等于该种粒子的原子量、分子量或组成离子的原子团的原子 量之和比如氧气的分子量是32，那么1摩尔氧气分子的总质量为32克任何物质的质量，等于物质的量（摩尔数，单位mol）与该物质的摩尔质量（单 位g/mol ）之乘积在0°C及1标准大气压的标准状况下，1mol的任何气体所占的体积都是22.4升分子都是由一种或多种原子构成。

不同种类和数量的原子，能够构成很多种不同 的分子即使相同种类和数量的原子，也可以构成不同的分子，因为分子结构还包 括以下两个方面：一是原子在分子中的排列方式，二是分子中的原子与原子之间的 结合方式如果某种物质的分子只包含一个原子，我们就说这种物质是由原子直接构成的纯金属物质基本都属于这种情况如果某种物质的分子包含多种原子，但物质并非由分子简单组合而成，而是由不 同原子按照一定规律间隔排列组合而成，我们也可以认为这种物质是由不同原子构 成的氯化钠之类的离子型晶体基本就属于这种情况原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位，是物质进行化学反应的基本微粒原子由位于它中心的一个致密的原子核，和周围各个轨道上绕核高速运动的若干 个电子构成原子核由若干个质子和中子组成质子和中子又统称为核子不同的元素，其原子中所含的质子、中子和电子的数目不同不同轨道上的电子会在不同的特定区域内运动，根据某个电子在空间某区域出现 的几率，而有着某种特殊形状的电子空间，人们形象地称之为电子云一个质子带一个正电荷，中子不带电一个电子带一个负电荷由于原子中的质 子数和电子数相等，所以原子整体呈电中性（不显电性）原子是参与化学反应的最小单位，在化学反应中，各种原子核都不变，只是核外 电子发生迁移，从而使某些原子核组成新的组合，变成新的分子。

元素是质子数相同的一类原子的总称，人类已经发现了一百多种元素几乎每种 元素都包括若干种不同的同位素原子（所含的中子数不同）自然界存在的同位素 共三百多种，而人造的同位素达到一千多种很多同位素原子都不稳定，易衰变成 其他原子元素周期表中的原子序数 = 核电荷数= 核内质子数= 核外电子数原子质量数 =质子数 +中子数电子质量极小，可忽略不计）已经发现的这一百多种元素，构成了地球上千千万万种不同的物质理论和实际 探测都表明，自然界的元素种类不会超过150种不同的原子，其大小和质量都不一样最小的是氢原子，直径约8X10A-11m；最 大的是铯原子，直径约5X10A-10m总的来说，原子与分子的尺度都接近同一个 数量级，说明分子中的各个原子结合得比较紧密人类已经发现的稳定的原子当中， 最轻的是氢-1原子，最重的是铅-208原子原子中的原子核很小，但密度很大，具有的能量也很大不同的原子核，其大小 和质量不同原子核直径大多在10人-15〜10人-14m之间，大约是原子直径的万分之 一在这极小的原子核里却集中了99.96 % 以上的原子质量原子核的密度极大， 核密度约为10人17 kg/m3上述数据说明，原子内的粒子（原子核和电子）只占整个原子体积的万亿分之一， 也就是说原子内部基本就是空荡荡的。

这与恒星系内部相似质子和中子的直径都约为10人-15m，基本上与原子核在同一个数量级，说明核内 的质子和中子结合很紧密中子的质量比质子略大一点点电子很小，也很轻电子的大小不到质子的千分之一，电子的质量大约是质子的 1840分之一四如今，人类发现宇宙中共有四种基本相互作用力：强相互作用力、弱相互作用力、 电磁相互作用力和万有引力，分别简称为：强力、弱力、电磁力和引力能在宏观 世界中表现出来的只有引力和电磁力两种（引力表现为重力，除引力外的所有力都 属于电磁力）强力和弱力都只作用在微观粒子身上强力只在10^T5m范围内有显著作用，弱力的作用范围不超过10^-16m电磁力 和万有引力的作用范围都是无限远（但作用力会随着距离增加而大大减小）四种力的强度比较如下：强力100，电磁力1，弱力10A-10，万有引力10人-38 相比而言，万有引力的强度非常弱，对于生活中的普通物体或微观粒子，它们之间 的万有引力可以忽略不计；但在巨大的天体之间，万有引力几乎是唯一的作用力人们把构成物质的那些最小的微粒，叫基本粒子事实上，没有绝对的基本粒子 到目前为止，人类发现的所谓基本粒子已达上百种根据作用力的不同，基本粒子分为强子、轻子和传播子三大类。

根据基本粒子的角动量（称为自旋）的不同，基本粒子又分为费米子和玻色子两 类自旋为半整数（％或-%以及它们的倍数）的粒子称为费米子，自旋为整数的粒 子称为玻色子费米子满足泡利不相容原理，即不能有两个及以上的费米子出现在相同的量子态 中费米子包括轻子、核子、超子等，以及由奇数个核子组成的原子核玻色子不遵守泡利不相容原理，允许多个玻色子占有同一种状态玻色子包括： 胶子、光子、介子、w玻色子、z玻色子、希格斯玻色子，由偶数个核子组成的原 子核，以及假设中的引力子等除了原子核以外，其余玻色子基本都属于传播子， 它们在粒子之间起媒介作用，传递粒子的相互作用强子就是所有参与强力作用的粒子的总称，包括夸克、介子、核子等，它们都是 构成物质的基本粒子轻子就是只参与弱力、电磁力和引力作用，而不参与强相互作用的粒子的总称 轻子共有六种，包括：电子、电子中微子、口子（缪子）、口子中微子、t子（陶 子）、t子中微子如果再包括它们的反粒子，则共有12种）它们有的带电，有 的不带电轻子并非都很轻，有的还很重传播子有14种，包括：胶子（8种）、光子、。