【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 看起來(lái)連成一片的液體，實(shí)際上是由許許多多分子組成的。液體分子不停地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，不斷地隨機(jī)撞擊懸浮微粒。懸浮的微粒足夠小時(shí)，受到的來(lái)自各個(gè)方向的液體分子的撞擊作用是不平衡的。在某一瞬間，微粒在另一個(gè)方向受到的撞擊作用強(qiáng)，致使微粒又向其它方向運(yùn)動(dòng)。這樣，就引起了微粒的無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是不同物質(zhì)彼此進(jìn)入對(duì)方的現(xiàn)象，即 分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)、分子之間存在一定的間隔以及分子之間有一定的作用力 ，溫度越高，運(yùn)動(dòng)越快。 多識(shí)一點(diǎn) 掃描隧道顯微鏡（ STM）與原子的操縱技術(shù) 50年代，著名科學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者費(fèi)米曾說(shuō)： “ 如果有一天可以按人的意志安排一個(gè)個(gè)原子，那將會(huì)產(chǎn)生怎樣的奇跡？ ” 這在當(dāng)時(shí)只是一個(gè)美麗的夢(mèng)想。掃描隧道顯微鏡的發(fā)明，已將這一美夢(mèng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 1981年， 30多歲的德裔物理學(xué)家葛 賓尼希與他的發(fā)須全白的老師海 羅雷爾發(fā)明了一種新型顯微鏡，就是掃描隧道顯微鏡，英文縮寫(xiě) STM。是集精密機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、圖像處理等技術(shù)于一身的高技術(shù)分析儀器，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及到物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)、微電子學(xué)和納米科學(xué)，是一個(gè)前沿的交叉學(xué)科領(lǐng)域。 STM的工作原理是把非常細(xì)小的針尖（針尖最尖端只有一個(gè)原子）和被研究物質(zhì)的表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)樣品表面跟針尖的距離非常接近時(shí)（一般小于 1個(gè)納米， l納米 =109米 =10埃），在外加電場(chǎng)的作用下，電子即會(huì)穿過(guò)兩個(gè)電極之間的絕緣層（一般為空氣或液體之類(lèi)）流向另一個(gè)電極，這種現(xiàn)象在量子力學(xué)上被稱(chēng)為隧道效應(yīng)，產(chǎn)生的電流則稱(chēng)為隧道電流。隧道電流的強(qiáng)度對(duì)針尖與樣品表面的距離非常敏感，通過(guò)電子反饋回路可以控制隧道電流不變，再通過(guò)電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制針尖在樣品表面掃描，針尖在樣品表面掃描運(yùn)動(dòng)的軌跡可以直接在計(jì)算機(jī)屏幕或者記錄紙上顯示出來(lái)。這樣，就獲得了樣品表面狀態(tài)密度分布或者原子排列的圖像。因此，這種顯微鏡被稱(chēng)為掃描隧道顯微鏡（ STM）。 多識(shí)一點(diǎn) 有了 STM，我們已經(jīng)能夠看到原子的真實(shí) “ 長(zhǎng)像 ” 。下一步，人們就會(huì)自然而然地產(chǎn)生這樣的想法，能不能去 “ 摸一摸，動(dòng)一動(dòng) ” 原子呢？ 1990年，美國(guó) IBM公司的兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在用 STM觀察金屬表面的氙原子時(shí)，探針作怎樣的移動(dòng)，靠近探針的氙原子也作同樣的移動(dòng)。由此他們得到啟發(fā)：如果讓原子按照我們?cè)O(shè)想的方案移動(dòng)，不久可以隨意擺布原子的排列順序了嗎？于是，科學(xué)家們就用這樣的方法進(jìn)行 “ 原子書(shū)法 ” 棗即用原子寫(xiě)字。經(jīng)過(guò)了 22個(gè)小時(shí)的操作，他們把幾十個(gè)氙原子排成了 “ IBM”字樣，這幾個(gè)字母的高度大約是一般印刷用字母的二百萬(wàn)分一， STM在硅單晶表面上直接提走硅原子的方法，形成 “ 毛澤東 ” 、 “ 100”字樣，這是迄今為止在硅表面 “ 寫(xiě) ”出的最小字體，平均每個(gè)字的面積僅百萬(wàn)分之二平方厘米。 依賴(lài)于 STM這種能夠操縱原子的工具，誕生了一門(mén)在 0． 1－ 100納米尺度空間內(nèi)研究電子、原子、分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的嶄新高技術(shù)學(xué)科棗納米科學(xué)技術(shù)，它的最終目標(biāo)是人類(lèi)按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子，制造具有特定功能的新產(chǎn)品。已有科學(xué)家利用這種控制原子的技術(shù)，制成了世界上最小的開(kāi)關(guān)棗 “ 原子開(kāi)關(guān) ” 。這種開(kāi)關(guān)就是利用單個(gè)原子在有目的的控制下，進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，接通或斷開(kāi)電路，從而起到開(kāi)關(guān)作用。運(yùn)用這種技術(shù)，人類(lèi)對(duì) DNA（脫氧核糖核酸）分子的切割已取得成功。這意味著不久的將來(lái)人類(lèi)可以按照自己的意愿將不同種屬個(gè)體的基因任意重組傳遞，設(shè)計(jì)合成新的蛋白質(zhì)，制造出新的物種。利用納米技術(shù)制造的材料在聲、光、電磁、熱力學(xué)等方面有一些奇異的特征，被美國(guó)材料科學(xué)學(xué)會(huì)譽(yù)為 “ 21世紀(jì)最有前途的材料 ” 。納米科學(xué)技術(shù)已取得的成果和它巨大的發(fā)展?jié)摿⑹顾蔀橄率兰o(jì)科學(xué)技術(shù)的前沿和核心學(xué)科。 多識(shí)一點(diǎn) 我國(guó)在 STM技術(shù)上也有新的發(fā)展。第二屆中國(guó)青年科學(xué)家獲獎(jiǎng)?wù)甙状憾Y，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研究員，博士。 1985年起在訪美期間即從事此領(lǐng)域的研究，研制成功了超高真空掃描隧道顯微鏡，并用其首次觀察到半導(dǎo)體化合物二硫化鉬的表面形貌，在原子級(jí)水平上揭示了這類(lèi)層狀化物表面結(jié)構(gòu)的新特點(diǎn)。1981年回國(guó)后主持研制成功了我國(guó)第一臺(tái)原子力顯微鏡，計(jì)算機(jī)控制的 STM、激光 AFM、低溫 STM等儀器，這些儀器性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。在應(yīng)用研究方面，為拓寬 STM和 AFM的應(yīng)用領(lǐng)域做出了貢獻(xiàn)。 1988年 4月 12日 17時(shí) 12分，中國(guó)第一臺(tái)由計(jì)算機(jī)控制、達(dá)到原子級(jí)高分辨率的掃描隧道顯微鏡在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所，由副研究員白春禮帶領(lǐng)的研究組研制成功。計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出了石墨表面那均勻排列的、像起伏丘陵似的原子結(jié)構(gòu)的清晰圖像。 白春禮及其助手們不滿足于只是觀察原子，他們發(fā)出了“ 改造原子 ” 的宣言。依靠這樣的技術(shù)，擁有數(shù)十萬(wàn)字的 《 紅樓夢(mèng) 》 全書(shū)可寫(xiě)在一顆大頭針的針頭上。 多識(shí)一點(diǎn) 多識(shí)一點(diǎn) 多識(shí)一點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn) 活動(dòng)與探究建議 1．認(rèn)識(shí)氫、碳、氧、氮等與人類(lèi)關(guān)系密切的常見(jiàn)元素。 2．記住并能正確書(shū)寫(xiě)一些常見(jiàn)元素的名稱(chēng)和符號(hào)。 3．知道元素的簡(jiǎn)單分類(lèi)。 4．能根據(jù)元素的原子序數(shù)在元素周期表中找到指定的元素。 5．形成“化學(xué)變化過(guò)程中元素不變”的觀念。 ① 查找常見(jiàn)食品的元素組成，并列表說(shuō)明。 ②查閱資料，了解地殼中含量較高的幾種元素及其存在。 ③收集有關(guān)人體盛需的微量元素的資料。 新課程標(biāo)準(zhǔn) 本單元可供選擇的學(xué)習(xí)情景素材： 農(nóng)作物生長(zhǎng)必需的化學(xué)元素 人體需要的金屬元素和非金屬元素 元素周期表的發(fā)展 新課程標(biāo)準(zhǔn) 元素的定義： 具有 相同質(zhì)子數(shù) 的一 類(lèi) 原子的總稱(chēng)。 常見(jiàn)元素符號(hào)的 書(shū)寫(xiě) 氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、 H、 He、 Li、 Be、 B、 C、 N、 O、 氟、氖、鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫、 F、 Ne、 Na、 Mg、 Al、 Si、 P、 S、 氯、氬、鉀、鈣、銅、銀、鐵、鋅 Cl、 Ar、 K、 Ca、 Cu、 Ag、 Fe、 Zn 氧分子 二氧化碳分子 水分子 它們分子中都含有氧原子，這些氧原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)都是 8，它們都屬于氧元素。 質(zhì)子數(shù)均為 1，但中子數(shù)不同的氫原子，它們都屬氫元素 O 2 Ｏ 質(zhì)子數(shù)不變，所以它們都屬氧元素。 元素的種類(lèi)由質(zhì)子數(shù)決定與中子數(shù)、電子數(shù)無(wú)關(guān)。 例如： “ H” ① 表示氫元素 ②表示一個(gè)氫原子 例如： “ Fe”① 表示鐵元素 ②表示一個(gè)鐵原子 ③表示鐵單質(zhì) 了解元素符號(hào)表示的意義： 表示 一種 元素；表示這種元素的 一個(gè)原子 ；元素符號(hào) 還 可以表示由原子直接構(gòu)成的物質(zhì)． 周期 族 原子序數(shù) 元素符號(hào) 元素名稱(chēng) 相對(duì)原子質(zhì)量 元素在自然界里的分布并不均勻。例如，非洲多金礦，澳大利亞多鐵礦，中國(guó)則富產(chǎn)鎢、鋅、汞、錫、鉛和銻。從整個(gè)宇宙來(lái)看，含量最豐富的元素是氫和氦，組成太陽(yáng)的物質(zhì)大多是些普通的氣體，其中氫約占 ％、 氦約占 27％， 其它元素占 2％。地殼中含量最豐富的元素是氧，幾乎占了地殼質(zhì)量的一半，它廣泛分布于江海、河流、土壤巖石等中。硅是地殼中含量?jī)H次于氧的元素，它大量存在于土壤和巖石中。 活動(dòng)與探究