刀切开物体时,到底切开了什么?是把原子切开了吗?



刀切开物体时,到底切开了什么?是把原子切开了吗?


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刀切开物体时,到底切开了什么?是把原子切开了吗?


从微观的角度来看 , 刀切开物体时 , 是把原子切开了吗?当然不是 , 别的不说 , 就说刀刃的厚度与原子直径 , 就根本不是一个数量级 。

举个例子 , 我们常用的剃须刀的刀刃最薄处可达0.4微米 , 也就是4 x 10^(-7)米 , 这可以说是非常锋利了 , 然而原子直径的数量级则是10^(-10)米 , 也就是说 , 假如我们把原子直径放大成1厘米 , 那么相对比例放大后的刀刃最薄处的厚度就有40米 , 你说这怎么切?
是把原子之间的化学键切开了吗?也不一定 , 比如说水分子就是由两个氢原子和一个氧原子通过化学键结合而成 , 如果刀真的能把它们之间的化学键切开 , 那就意味着 , 我们只需要用刀不断地切开水分子的化学键 , 就可以持续地产生氢气和氧气 , 很明显 , 这也是不现实的 。

实际上 , 从微观角度来讲 , 刀根本就不能算是“切开”了物体 , 而应该说是刀刃用“挤”的方式破坏了物体内部的微观结构 , 不过为了方便讨论 , 下面还是用“切开”来进行描述 。 那刀切开物体时 , 到底切开了什么呢?其实这个问题需要分情况来看 。
先说晶体 , 晶体是一种常见的固体结构 , 大量微观粒子(如原子、分子、离子等)通过一定的规则进行有序排列之后就可以形成晶体 , 总的来讲 , 晶体可分为金属晶体、原子晶体、离子晶体以及分子晶体四种类型 。

如上图所示 , 金属晶体都是单质金属 , 在其内部的金属原子通过金属键结合成一种晶格状的规则结构 。

原子晶体又称“共价晶体” , 在其内部的原子之间通过共价键结合在一起 , 进而形成一种三维立体网状结构(如上图所示) , 比如说金刚石晶体就是原子晶体 。
离子晶体则是由离子化合物结晶而形成的特殊晶体 , 在其内部 , 大量的正、负离子会按照一定的规则通过离子键结合 。

我们常见的氯化钠(食盐的主要成分)晶体就是离子晶体 , 如上图所示 , 在其内部 , 每一个氯离子(Cl-)都结合了6个钠离子(Na+) , 而每一个钠离子同样也结合了6个氯离子 , 它们一起形成了一个正立方体的网状结构 。
可以看到 , 在以上三种晶体都有一个共同的特征 , 那就是它们的微观结构中都不存在单个的分子结构 , 因此当我们用刀切开这几种类型的晶体时 , 确实是切开了它们内部原子之间的化学键(即金属键、共价键和离子键) 。
然而对于分子晶体来讲 , 情况却不一样了 , 顾名思义 , 所谓分子晶体 , 就是指大量的分子通过分子间的相互作用形成的晶体 , 为方便描述 , 我们不妨以一种最常见的分子晶体——冰 , 来进行举例说明 。

如上图所示 , 从微观的角度来看 , 冰其实就是由大量的水分子通过氢键和范德华力(即分子间作用力)形成的规则结构 , 换句话来讲就是 , 在其中是存在着单个的分子结构的 , 每一个水分子都是由两个氢原子和一个氧原子通过共价键结合而成 。
相对水分子内部原子之间的共价键来讲 , 水分子之间的相互作用就要弱得多 , 因此当我们切开这一类晶体时 , 其实是切开了其内部分子之间的相互作用 , 而不会切开其内部的单个分子 。
同样的道理 , 对于那些不是晶体的固体结构而言 , 其内部通常都拥有大量的单个分子结构 , 因此当我们用刀切开这类物体时 , 绝大多数时候都是切开了其内部分子之间的相互作用 , 而不会切开其内部的单个分子 , 为什么要说是“绝大多数时候”呢?这是因为存在着一些特殊情况 。

例如像塑料这一类的高分子聚合物 , 其内部单个分子的长度就可以很长 , 所以当我们用刀切开由塑料制成的物体时 , 就有可能会直接切开其内部的单个分子 。
结语我们常见的物体大多数都是由多种物质构成的混合物 , 因此实际情况会比较复杂 , 但总的来讲 , 当我们用刀切开物体时 , 肯定是不可能把原子切开的 , 实际上 , 这是刀刃用“挤”的方式 , 破坏了物体内部相对最脆弱的那一种相互作用 。

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