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溶液为什么一定是电中性的? 第1页

  

user avatar   zhang-hao-72 网友的相关建议: 
      

和其他物体一样带很少的一点点电荷,这样是可以的。

如果题主的意思是,是否存在只含阳离子或者只含阴离子的溶液?这是不可能的。

可以这么考虑:假设有1L的液体,含有浓度1mol/L、总量1mol的某种一价阳离子,则这1L液体的带电量是。(这个数叫法拉第常数,它的含义就是1mol电子的带电量。)

这1L液体内部的不同部分之间因为带同种电荷,会相互排斥,具体斥力有多大呢?简单估算一下:

假设这1L液体是个边长100mm的正方体,现在把这1L液体分成左右各500mL,则两边各带48250C的电量,两边的重心相距约50mm,则把两边都当作点电荷,根据库仑定律,左右两半之间的斥力大概是

这个力是不是大得吓人?比地球和月球之间的引力还要大几十倍。
它们之间的电势能则是,差不多是1000亿吨TNT的能量,或者是500万颗广岛原子弹的能量。也就是说,就算题主设法弄出了1L这样的液体,之后就是一个大火球,然后就没有然后了。

再ps, 有没有现实一点的例子呢?

陈小栋hope的答案里提到,原子弹的威力就是这么来的。他说得很对。

原子核里一般有若干质子和中子,统称为核子。质子都带正电荷,中子不带电,这样原子核里的质子们显然会互相排斥,因此必然有某种引力来和库仑斥力相平衡,原子核才能稳定存在。这个引力就是核力,一般比库仑力强100倍左右,但是作用距离很短,基本只有相邻的核子之间才有核力存在,而库仑力的作用距离是无穷远的。

考虑一个球形的原子核,把它从正中分成两半,截面两边的一薄层核子之间是相互吸引的,而两个半球的所有质子们都是相互排斥的。如果总的引力占优势,那么这个原子核是稳定的;否则斥力占了上风,它就会自发地分成两半,然后两半在库仑斥力的作用下就会向两边飞散开,静电势能转变为两个碎片的动能。

当原子核内的核子逐渐增多时,一方面截面变大了,因此引力增大;另一方面两边的质子都多了,斥力也要增大。但是截面和核质量数A的2/3次方成正比,而两边的质子数大约都是A/4,库仑斥力则是和质子数的平方成正比,显然后者增加得更快。因此核质量数大到一定程度时,就会从引力占优势变为斥力占优势,原子核就不能稳定存在了。大概计算一下:,解得A=252。

我们知道自然界中大量存在的最重的原子核是铀238,最重的稳定原子核一般认为是铋209(前几年发现铋209和铅208也都有极微弱的放射性,因此实际上最稳定的是铅207),现在人工合成的最重元素是118号元素,质量数294,半衰期只有1毫秒左右。可见这个模型虽然极其粗糙,结果居然还差不多。

对于铀这样较重的原子核,当它是球形时是稳定的,但是由于核子的热运动,原子核的形状会一会拉长,一会缩短。一旦它一个不小心,变成象哑铃一样两头大、中间小的形状,换句话说靠量子隧穿克服了这个裂变势垒,中间截面的引力就不足以抵消两端之间的斥力。于是原子核就会从中间断开,这个过程就是自发裂变。自发裂变的概率一般是非常小的。

但是如果给原子核里再添加一个核子,新添加的这个核子和原有核子之间的引力作用会释放一些势能,转变为核子的动能。这样原子核拉长、变成哑铃形,或者说越过裂变势垒,然后断开的可能性就会大大增加。质子带正电荷,打进原子核要先克服库仑斥力,比较困难;中子不带电荷,打进原子核就很容易。

对于铀235,由于中子数是奇数,添加一个中子还会得到额外的中子成对能,因此即使是动能为零的中子,与铀235结合后也必然能达到裂变势垒,因此任何能量的中子与铀235核结合后都能裂变;而中子动能越小,速度越慢,从铀235核附近经过的时间就越长,因此低能量的中子使铀235裂变的概率反而更高。核反应堆里用石墨、重水、轻水等物质对中子减速的意义就在这里。

对于铀238,中子数是偶数,加一个中子没有额外的中子成对能,因此需要能量很高的中子才能使铀238核裂变。

关于原子核的液滴模型,更详细的资料见英文维基链接:en.wikipedia.org/wiki/S。中文版的内容过于简略了。




  

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