全尺度物质空间结构理论--化学原理

全尺度物质空间结构理论
——化学原理
（赵 建明，毕 业于中国 人民大学 ）

【摘要】 物质空 间结构理 论认为， 基 本粒子 是 组成所 有物质的 最小至密 单位， 基
本粒 子组成亚 质子粒子 ， 亚质 子粒子组成质 子， 数量不同 的质子组成 原子 ， 相同
或不 同的原子 组成分子 ， 众多分 子凝聚在一 起组成尺 度不一的 宏观物体 ， 直至最
后形 成天体 。 无论 何种级别的 粒子 ， 只有稳 定的空间 结构才可 以存续 。 小粒子形
成大 粒子时是 一粒粒 、 一层层增 加的， 因而 化学元素 的性质随 着相对原 子质量的
增加 呈现周期 性变化 。 物质空 间结构的稳定 性依赖于 物质存在 的空间物 理环境 ，
如果 改变空间 的物理环 境， 空间 中物质的结 构稳定性 相应改变 。 所有的 化学反应
都是 打破 分子 原有空间 结构建立 新空间结 构的 物理 过程 。 化学反应 之所以发生，
是因 为在特定 的 物理环 境中， 反 应物的空间 结构不如 新物质 的 空间结构 稳定。 反
应物 的空间结 构越稳定 ， 越不容 易发生化学 反应。 物质的物理 化学过程 伴随着能
量发 生， 且遵 循物质守 恒定律。

一、 物质空间 结构理 论中的基本概念
（一） 空间
空间是物质存在及运动的 场所， 它是一个无限或有限 、 以四方上下表示的 三
维区域，称为三 维空间 或空间 。 空间的 本质特性是唯一 性和客观性， 具有均匀 、
平直和连续的物理属性。
空间中弥漫着一种至轻至 微的客观实在 以太 。
（二） 时间
时间是由过去、 现在和未来构成的不间断连续系统， 用以表示事件发生的先
后顺序 、 事物变化的程度、 快慢以及存续期间的长短。 时间具有单向性、 连续性
1
和均匀性的特征。
时间在物理学上的定义是标量， 但现实中的时间只有古往今来一个方向 ， 包
含时刻和时段两 个概念 。借着 时间，可 以确定物理事件 发生的时刻 和 持续时长 ，
可 以确定 事件发生的 先后顺序和 事件之间 的时间间隔长短 ， 并以此为基础 确定事
件的 其它 时间属性。
时间是一个较为抽象的概念， 是人类认识世界的一个重要 手段 ， 也是人类用
以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参 数。 物理学上， 通过 周期性变化 物
质的 变化 周期来定义 时间。
（三） 宇宙
战国时期尸佼的著作 《尸子》 〈卷下〉 篇曰： “上下四方曰宇， 往古来今曰宙 。 ”
空间和时间共同 构成宇宙 。 宇宙中充满了物质和能量， 宇宙万物即是在物质和能
量的相互作用中变化发展。
物质空间结构理论就是揭示宇宙中物质变化规律的理论。
（四） 物质
物质 是占据一定 空间的客观存在， 具有客观实在性。 空间中的物质不生不灭，
具有永恒性。 空间中的物质分布具有不均匀性， 亦即具有离散性。 物质一般具有
形态， 即物体。 物质 由尺度大小不同的 粒子组成， 其最小 单元 是 基本粒子 ， 它 不
可分割，亦即德谟 克利特认为的“原子” 。
宇宙 空间中的物质 悬浮在以太海洋中， 在以太海洋的作用下， 各种物质 均有
其独特属性 。 在物质的属性中， 形态、 状态是最基本的属性 ， 通过其占有的空间
形状即尺度来描述 。 物质数量的多少称为质量， 可通过物质本身的属性进行量度。
（五） 能量
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能量是促使物质属性、 形态或状态转换 的能力的统称。 能量的本质是空间中
以太的振动， 无形无质， 于空间 中产生 并作用于物质， 使物质具备有属性 并可改
变物质的属性 。 能量虽无形无质， 但其大小可以通过物质 状态或物理量 （如速度
和温度等） 的改变情况来量度。
能量具有连续性 、 扩散性和 传递性 。 能 量 的连续性是指能量在空间中的存续
状态是连续的； 能量的扩散性是指宇宙空间中以太振动产生的能量以球面波的形
式向周围 扩散；能量的传递性是指能量 作用于物质后 转换成其它形式的能量。
能量 的存在有多种形式 ， 比如 机械能、 化学能、 热能、 电能、 辐射能、 核能、
光能、 潮汐能等。 这些不同形式的能量 可以通过特定的 物理效应或化学 效应进行
转换 。
以太振动即能量 。 这种能量无论是否作 用于物质 ， 都会在空间中以波的形式
向周围扩散传播。 能量 扩散后起作用的空间 区域或范围 称为场空间 或 场 。
能量 作用于物质可 导致物质 状态改变， 比如物质的运动和温度变化等； 也 可
导致物质形态改变， 比如物质的形状、 体积变化等。 物质 的形态、 状态改变会引
起以太 振动， 从而 产生能量。 相接触 无碰撞的物质也可 以传递能量， 比如热的传
递。
物质和能量均存在于空间中， 物质有形( 态) 有质 （量） ， 能量无形 （态） 无质
（量） 。 以太 有质 （量） 而 无形 （态） ， 属物质； 波 有形 （态） 而 无质 （量） ， 属 能
量。
（六） 力
力是维持和 改变物质 运动状态 、 存续形态的物理量 ， 是能量与物质 之间、物
质与物质 之间相互作用的表现形式。
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物质与物质 之间 的相互作用 虽然表现为 力， 但其实质是能量在物质间的传递 ，
比如 运动物 体碰撞其它物 体时即是以力的形式将 能量传递出去 。
现代物理学以一定 质量物体 的 运 动 速 度 在单位时间内 的 改 变 量 来 定 义 力 的
大小。

二、 物质空间结构
（一） 空间之力与 物质的 形成
宇宙本身是一种 场，称为宇宙场 ；宇宙 空间中 弥漫着至 轻至微的元 素以太。
以太是一种极细小、 极轻微的 颗粒 ， 它如同海水填满大海一般 充满 整个宇宙。 在
以太海洋中散布着 从微观到宏 观各种尺 度的物质， 这些物 质 均 由 基 本 粒子 组成 。
基本粒子是构成物质的最小至密单位， 它不可再分割， 密度在其组成的所有物质
中最大。
对于独立悬浮在以太海洋中的基本粒子来说， 其 排开的以太在宇宙场的作用
下挤压着基本粒子， 这种作用力称为 空间之力 ， 其大小与基本粒子排开的以太 数
量有关。在空间之力的作用下，基本粒子呈球形，其半径远大于以太。
两个或两个以上的基本粒子可结合成较大的粒子。 在形成较大粒子的过程中，
两个基本粒子必须排开弥漫期间的以太， 排开以太时必须对两个基本粒子施加作
用力也就是施加能量。 弥漫基本粒子间的以太被排开后， 当两个基本粒子间的距
离小于某个 临界值时， 两端的空间之力挤压着基本粒子主动靠近 结合在一起 。 基
本粒子结合在一起时 ， 结合部位排开空间中弥漫的以太 引起 以太振动， 所以 会释
放能量 。
两个基本粒子形成的较大粒子只有一个结合部位， 三个基本 粒子形成的较大
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粒子每个基本粒子 倾向 有两个结合部位， 四个基本粒子组成的较大粒子中每个基
本粒子 一般倾向于有三个结合部位 ， 这样的结构更为稳定 。 一般来说 ， 众多的基
本粒子 倾向于形成球形的较大粒子， 因为球形结构的较大粒子更为稳定 ， 才有可
能长时间存续 。
较大粒子排开的以太， 在空间之力的作用下包围在较大粒子周围， 并填满组
成较大粒子的基本粒子的缝隙空间。 由于较大粒子的组成中包含有基本粒子和充
斥其缝隙空间的以太，所以它的密度要小于基本粒子。
较大粒子与基本粒子或其他较大粒子可以形成 更大的粒子。 与形成较大粒子
的过程类似， 在形成 更 大粒子 的过程中 同样需要施加外力 或能量。 当粒子间的距
离小于某个临界值时便会主动地相互结合在一起， 同时释放出能量。 由于更大 粒
子的内部空间有缝隙，所以其密度要小于其内部组成粒子的密度。
小的粒子碰撞结 合形成较大 的粒子，较 大的粒子碰撞结 合形成更大 的粒子。
如此循环反复，直 至 形成从微观到宏观各种尺度的物质。
在各种尺度的物质形成过程中， 粒子碰撞并非只是形成更大尺度的物质，较
大粒子也可能分裂成更小尺度的粒子， 粒子分裂时以太重新填满空间， 因此 分裂
开的粒子会相互远离并 释放能量。
独立存在的粒子在宇宙场中以太的作用下会自旋或振 动， 其能量表现为粒子
的动能 ， 亦即 温度。 这 种能量或温度 会 阻止粒子相互靠近， 表现为粒子间的 排斥
力 。 但粒子间的相互 排斥作用 并非无限 ， 当粒子间的空间之力与排斥力达到平衡
时，粒子间的距离将相对稳定。 因此， 物质具有形态 ， 即物体。
（二） 物质空间结构 模型
在物质形成过程中，只有结构稳定的物质才会存续下来。
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亚质子粒子 结合在 一起 组成 质子 。 亚质 子粒子在空 间 之力的作用下更紧密地
黏合在一起 形成质子 。 质子的形状目前尚不清楚， 但由于尺度较小， 空间之力的
作用足以让质子保持稳定 的结构，可以认为其为球形 。
数量 不同的质 子结合在 一起组成原 子 。 原子的最外层有一层外壳 或外 边界 ，
里面 包裹着数量不等的质子 ， 原子内的质子数量决定了该原子是何种元素 。 由于
空间之力的作用，这些质子紧紧地黏合在一起。
质子有可能不止 一种。在原 子外壳的保 护下，原子保持 着相对稳定 的结构。
相同或不同的原子 结合在一起组成 分子。 在空间之力的作用下 ， 原子按照不
同的空间结构组成分子。 不同种类的原子 组合在一起决定了分子种类的不同， 相
同的 原子 按照不同的空间结构 排列 也 可以形成不同种类的分子。
分子是保持物质物理属性的最小单元。
单质或化合物分子 凝结 在一起组成 宏观物体。 由于单质或化合物混杂的缘故，
宏观 物体一般都不是纯净物。 在空间之力的作用下， 分子与分子凝结在一起， 从
而保持着宏观物体的 空间物理形 态 。
宏观物体独立悬浮 于 宇宙空间 时 ， 即为天体。 我们不能认为宇宙空间中只有
尺度巨大的星球， 充斥其间的还有各种尺度的尘埃甚至气体。 在空间之力的作用
下，天体不停地在宇宙空间中运动。
空间之力 作用于 亚质子粒子 的力度 大于作用于质子 的力度， 作用于 质子的力
度 大于 作用于原子的力度 ， 作用于 原子 的力度大于作用于 分子的力度 ， 作用于分
子 的力度 大于作用于 宏观物体的力度 。 因此， 宏观物体内部的黏合强度小于分子
间的黏合强度， 分子间的黏合强度小于原 子间的黏合强度， 原子间的黏合强度小
于质子间的黏合强度， 质子间的黏合强度小于亚质子粒子的黏合强度。 基本粒子
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内部的黏合强度无限大，因而其密度最大。
在物质空间结构模型中没有电子 。由于中子的存续时间只有大约 16 分钟，
因此 质子和中子为同一种粒子 。 中子是激发状态的质子， 中子从激发状态回归基
态时即是质子。 但原子内部 的质子 有可能 是不同种类的 质子。

三、 物质的结构 与物理 化学反应
（一） 物质的结构与物质 种类
一般来说， 原子中质子数量的不同决定了化学元素的不同。 相同数量的质子 ，
由于其空间结构不同构成的物质 也不同。 这在已发现的物质中得 到证实。
根据目前的物质结构模型， 氢( 氕) 原子中有一个质子， 两个氢原子结合在一
起形成氢分子， 氢分子中共有两个质子。 一个质子和一个中子 结合在一起时形成
了氢的同位素氘原子 ， 由于质子和中子是同一种物质， 所以氘原子中也含有两个
质子。 氢分子和氘原子是两种不同的物质， 由此我们可以认为 ， 由于氢分子的结
构和氘原子的空间结构不同， 导致二者物理化学性质不同。 或者， 氘原子中的中
子是另一种质子， 两个不同质子组成的物质与两个相同质 子 组成的物质， 其物理
化学性质是不同的。
氘化氢分子由氘 原子和氢原 子结合而成 ，分子中包含两 个质子和一 个中子 ，
而氦-3 原子中也是两个质子和一个中子。 氘化氢和氦-3 都是稳定气体， 氘化氢 的
1 2
沸点为 22.13K ， 液态 氦-3 的沸点为 3.191K 。 两者的沸点不同， 可以肯定 其原
因要么是两个质子是不同种质子，要么是两个质和一个中子的 空间结构不同。
在分子尺度， 对于 某些 化合物， 即使组成分子的原子成分完全相同， 由于原

1
见百度百科《氘》词条。
2
见百度百科《氦》词条。
7
子排列的空间结构不同也会成为两种完全不同的物质， 有机物中的同分异构体 即
是 如此 。
（二） 原子的聚变与裂变
对于轻元素 原子 来说，可以 通过施加能 量的方式打破两个 原子 的内 部结构 ，
并让其内的质子结合在一起， 进而形成较重的元素。 当 两个原子内的质子结合在
一起时会释放能量，这就是原子 的 聚变 。
如果原子 内部的空间结构极度不稳定， 即使在自然条件下， 原子内部的质子
（中子） 也有可能从 原子内部的质子 （中子） 团中脱落， 这就是 元素的 放射性或
裂变 。
自然条件下的 原子裂变一般在重元素中发生， 是重元素原子 内部外层质子的
黏合强度 小于空间之力作用于外层质子的力度所致 。 在原子裂变 过程中重原子分
裂成较轻的原子，同时 释放能量。
（三） 分子的形成与化学 反应
在形成物质的过程中， 内部空间结构不稳定的原子会结合在一起形成空间结
构较为稳定的物质。
空间结构不稳定 的单原子结 合在一起 形 成空间结构较为 稳定的双原 子分子，
如氢、 氮、 氧、 氟、 氯 、 溴、 碘等非金 属元素就是如此。 结构不稳定的金属原子
在自然界一般以化合物存在， 而提纯后的金属原子可以结合在一起形成较为稳定
的金属单质。 空间结构稳定的金属原子， 如金、 银等， 则可以在自然界以单质存
在。
分子是单独存在、 保持物质 物理 性质的最小单元 ， 所有的化学反应都是打破
分子 原有物质空间结构 、 建立新空间结构的 物理过程。 化学反应之所以可以发生，
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是因为在特定的 物理环境中 ， 反应物的空间结构不如新物质 的 空间结构稳定。 反
应物的空间结构越稳定，越不容易发生化学反应。
打破反应 物空间结构， 依据空间结构的稳定程度需要施加不同的外力或能量，
发生 化学 反应形成新的物质则会释放出能量。
在保持物质分子结构相对完整的情况下， 不同的 分子 也有可能凝结在一起形
成一种特殊结构的化学物质， 比如配位化合物。 配位化合物的空间结构中既有分
子间的结合也有原子间的结合， 当施加外力或能量的情况下， 不稳定的结构会首
先从化合物结构中脱落。配位化合物解构时会释放能量。
在目前已知的物质形态结构中， 还有一种称为原子团的物质， 它介于原子和
?
2?
分子之间 。比如 溶于水 后 生成 的 ，???? 溶 于水后生 成的???? ，等
3 3 4 4
等，都是以原子团的形式存在。
物质空间结构的 稳定性决定 了物质物理 化学性质的稳定 性。值得注 意的是，
结构稳定性是个相 对的概念， 它依赖于物质存在的空间物 理环境 （包括温度 、 压
力和 湿度等） 。前文化学反应所说 的物 质结构稳定性是指 在地球常温 常压下的 一
般情况。 如果改变空间的物 理环境， 空间中物质的结构稳 定性相应改变。

四、 物质 元素的规律
（一） 物质的元素
物质按照组成元素的不同可以分为单质和化合物。 单质是由一种元素组成的
纯净物质 ， 分为金属单质和非金属单质。 化合物是由两种或 两种以上不同元素组
成的纯净物质。
迄今为止，人类发现的化学元素包括人造元素在内总共有 118 种，其中 95
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号以后的化学元素为人造元素， 其存续寿命均很短。 在自然界中存在的化学元素
中几乎均有稳定或不稳定的同位素， 同位素的物理化学性质相近或相同。 同位素
是以原子中中子数的不同来区分 的 ， 站在物质空间结构理论的角度， 由于质子和
中子是同一种粒子， 所以引起同位素物理化学性质不同的根本原因 ， 是由于原子
内质子总数（即 相对 原子质量） 及 其空间排列结构不同。
人类对物质的研究在古代就有， 比如中国夏商时期的青铜技术就已经非常发
达， 古代埃及 在公元前两千多年前就可以利用陨铁。 中国古代的炼丹术炼出了铅 、
汞并用之药物， 西方国家在古代也有炼金术----古代化学。 现代意义上的化学是 从
1661 年英国化学家波义耳 （R.Boyle ） 发表的论文 《怀疑的化学家》 开始， 他将 化
3
学视为一门独立的科学， 并对化学元素给出了一个科学定义。
第一个被科学确认的化学元素是 磷，由波义耳 1680 年 发现并确认。第一个
被系统研究的 元素是氧，由英国科学 家普利斯特里和瑞典科学家舍勒 1771 年发
现，并由法国科学家拉瓦锡确认为一种新元素。
（二） 元素周期表
1869 年，俄国化学家门捷列夫对当时发现 的 63 种元素，按照相对原子质量
由小到大排列， 对化学元素 的性质进行总结和对比， 发现 元素的性质随着原子量
递增发生周期性的递变 ， 编制出第一张元素周期表 。 元素周期表揭示了化学元素
之间的本质联系， 利用 元素周期表， 门 捷列夫成功预测当时尚未发现的化学元素
4
（镓、钪、锗）的特性。
目前通用的 元素周期表 是由维尔纳首先倡导的长式周期表。 见下图 ：

3
参见宋天佑等《无机化学》第 3 页，高等教育出版 社。
4
参见百度百科《元素周期表》词条。
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元素周期表共有七个周期， 第 1 周期 2 种元素， 第 2 、3 周期各有 8 种元素，
第 4 、5 周期各有 18 种元素，第 6 周 期有 32 种元素，第 7 周期不完整。元 素 在
周期表中的 分区如下 ：
1 ） s 区，包括 IA 和 IIA 族, 共 12 种元素，属于活泼金属；
2 ） p 区， 包括 IIIA 、IVA 、VA 、VIA 、VIIA 族共 25 种元素， 右上角 15 种非
金属元素，左下角 10 种金属元素；
3 ） ds 区，包括 IB 、IIB 族，共 8 种元素（2 种人造元素） ，有时列为过渡金
属元素；
4 ） d 区， 包括 IIIB 、IVB 、VB 、VIB 、VIIB 族和 VIII 族，4 、5 、6 周期的元
素称为第一、第二、第三过渡系列元素 ；
5 ） f 区，包括镧系（57-71 计 15 种）和锕系（89-103 计 15 种）元素，称为
内过渡元素。95 号以后的元素为人造元素。
B 族和 VIII 族统称为过渡元素。
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各化学 元素在这些周期和分区的位置排布， 较好地描述了所有元素物理和化
学性质随原子序数增加所发生的周期性变化。
（三） 元素周期律
物质 元素周期性质的最 主要内容是， 随着元素原子序数 或相对原子质量 的增
加， 元素的基本 物理属性， 如原子半径 、 元素单质的密度、 元素 单质的熔 点和沸
点 等，呈现明显的周期性变化 。
1 、 原子半径的周期性
量子力学 认为， 原子由原子核和核外 电子构成， 电子 在核外运动没有固定轨
道 。 因此 ， 现代化学理论认为 原子并没有一个截然分明的界面 ， 通常所说的原子
半径是指相邻原子的核间距。 根据原子和原子间的作用力不同， 原子半径分为共
价半径、 金属半径和范德华半径三种。
同种元素的两个原子以共价单键联结时， 其核间距的一半称为该元素的共价
半径 ， 非金属多采用这种半径 。 把金属晶体中的原子看成刚性球体， 且彼此相切，
其核间距的一半称为该元素的金属半径。 低温下稀有气体以晶体存在时， 两个 原
子间距离的一半为范德华半径。
现代化学理论认为 ， 因为形成共价键时轨道重叠程度比金属键大 ， 所以同一
元素的共价半径比金属半径小些。 范德华半径一般较大， 因为分子间力不能将单
原子分子拉得更近。
物质空间结构理论与量子力学的观点不同， 认为原子 是一种粒子， 内部没有
电子， 原子有外壳或者外边 界 。 原子形态倾向于球形， 原子半径是 指 原子质 心到
原子 外边界的 平均距离 。 物质空间结 构理论 只区分半 径 大小而不区分 半径类 型。
现代化学理论定义的共价半径 、 金属半径 和范德华半径， 与物质空间结构理论定
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义的原子半径 虽有所不同 ， 但在物理 意义上并无区别， 所以 本文采用 的原子半径
数据均是 化学领域已取得共识的 原子半径 数据。






上图是 1-96 号元素相对原子质量和原子半径 的变化 趋势图（图中数据详见
附录 一 ，下同） 。从图中可以 看出，随 着元素 原子序数 或 相对原子质 量的增加 ，
元素的原子半径呈现周期性变化。
按照图中元素原子半径的周期性 变化，可以将元素分为以下周期：
1 ） 氢元素：氢及 其同位素的 物理化学性 质与氦的物理 化学性质差 异很大，
故单列。
2 ） 氦----氟周期：本周期共有 2-9 号 8 种元素。氦原子半径与锂原子半径更
为接近，故归入本周期。
3 ） 氖----氯周期：本周期共有 10-17 号 8 种元素。氖原子半径与钠原子半径
更为接近，归入本周期。
4 ） 氩----溴周期： 本周期共有 18-35 号 18 种元素。 氩 原子半径与 钾原子半径
更为接近，归入本周期 。
5 ） 氪----碘周期： 本周期共有 36-53 号 18 种元素。 氪原子半径与铷原子半径
更为接近，归入本 周期。
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6 ） 氙----砹周期： 本周期共有 54-85 号 32 种元素。 氙原子半径与铯原子半径
更为接近，归入本周期。
7 ） 氡-----周期： 其它元素归入本周期。 本 周期中均为放射性元素， 其中 从 95
号镅 元素 开始为人造元素。
上述周期划分与元素周期表的划分基本一致， 唯一区别是惰性气体元素的归
属。 由于惰性气体元素的原子半径与上一周期差异较大而接近下一周期， 故归入
下一周期，且为下一周期的第一个元素。
在上述除了氢元素以外的六个周期中， 每个周期中的最大原子半径和最小原
子半径， 在周期间 随着周期数 增加 呈现增 大趋势。 而在每个周期 内， 随着 周期内
元素 原子序数或相对原子质量的增加，元素 的原子半径则均是从大到小变化。
原子半径变化的这种周期性特征， 和原子内部结构有密切关系。 物质空间结
构认为，原子内 部均是由质子 构成，相 对原子质量等同 于原子内部的 质子数量 。
在原子形成过程中， 质子相互碰撞后结合在一起， 不同数量的 质子 组合在一起形
成了不同的原子。因此，原子内部质子的数量决定了原子的大小。
只有内部结构稳定的原子才可以存续下来， 在理论上， 不同数量的质子组合
在一起时倾向于以球状存在。 因此， 在质子形成原子的过程中， 是一层一层地叠
加在一起， 逐步增加原子的大 小。 原子 内部质子的层数即是不同大小原子的周期
数，而在层数增加之前，随着质子数量的增加，相对原子质量也在增加。
随着元素周期 数 也就是质子层数的增加， 原子半径变大是可以理解的。 可是，
为什么在同一周期也就是同一质 子层 随着质子数量的增加原子半径反 而会 减小
呢？
2 、 相对原子密度和单 质密度
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这里我们引入一个相对原子密度的概念。 相对原子密度是 当氦原子密度为 1
时各元素原子的 相对 密度。 本质上， 相 对原子密度表示 原子内部单位体积内所包
含的基本粒子数量。 相对原子密度与相对原子质量一样，是一个相对数。
设 为相对原子质量， 为原子半 径， 为原子密度， 用公式表示如下：
????
= =
????
将 上 述 公 式 计 算 的 各 元 素 原 子 密 度 除 以 氦 原 子 的 密 度 即 为 各 元 素 的 相 对 原
子密度。 按照上述公式计算的各元素相 对原子密度见附 录一。
下图是 1-96 号元素的相对原子 密度变化趋势图 ，其变化周期与原子半径和
元素周期表的周期一致 。





从图中可以看出， 在每一个元素周期， 元素的相对原子密度随着原子序数也
就是相对原子质量的增加而增大。 这意味着， 在同一元素周期里， 随着原子序数
的增加， 相对原子密度也就是 原子内部单位体积中包含的基本粒子数量也在增加，
较大序数的原子是由更大密度的质子组合而成。 如果说相对原子质量等同于原子
内部的质子数，那么，不同原子内部 质子的质子密度是不同的。
根据物质空间结构理论， 构成所有物质的最小粒子是基本粒子， 其不可分割
且密度最大， 由基本粒子组成的较大粒子， 半径越大密度越小。 同一周期中的元
素随着质子数的增加而 原子半径减小 ， 意味着原子内部高密度的质子数 增多。 这
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可以证明质子并非基本粒子。
相对原子密度是根据相对原子质量 和原子半径计算而来， 但它并非只是理论
上的计算结果，与各元素单质的实测密度 变化趋势几乎完全一致。
下图是非气体元素的相对原子密度和单质密度的关系图， 除了非金属元素和
少数几个金属元素外，二者关系几乎呈一条直线。
在非金属元素中， 如果分为硼、 碳、 硅 、 磷、 硫和砷、 硒、 溴 、 碲、 碘、 砹
两大序列， 它们的单质密度的变化趋势与金属元素的变化趋势完全不同。 非金属
元素单质密度随着相对原子密度的增加并无显著变化。









下图是非气体元素单质密度的变化趋势图， 变化周期与相对原子密度的周期
一致， 但在同一周期中的变 化趋势并完全一致。 同一周期中元素的单质密度基本
上是先升后跌， 而相对原子密度以上升为主。 在 周期序列中， 相对原子密度随着
周期 数 增加变化的幅度并不太大， 而 单质密度则随着周期数增加变化幅度 呈扩大
趋势。
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下图是金属元素 相对原子密度和金属单质密度的关系图 ， 随着金属元素相对
原子密度的增加 金属单质的密 度也增大 。二者呈非常明 显的线性关系 ，只有铀 、
镎、铋、钋等少数几个金属元素略偏离直线。










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上面两图 分别是金属元素 相对原子密度和单质密度的变化趋势图， 其规律性
与非气体元素的规律性类似。
这表明， 通过元素的相对原子密度 物理量， 可以解释各元素单质的密度变化。
由 于相对原子密度是相对原子质量和原子半径的计算结果， 单质密度是单位体积
内元素单质的质量， 因此， 元素原子半径的变化和 相对原子密度、 单质 密度的变
化是等价的 ， 但元素的相对原子质量和元素单质的质量是两个不同的物理量 。 相
对原子质量中包含有元素密度成分， 而单质质量中不包含有元素密度成分， 这导
致相对原子密度和单质密度的变化周期虽然相同， 但在同一周期中的变化趋势不
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完全 一致。
3 、 元素单质的熔点和 沸点
下图是 1-96 号元素单质的熔点和沸点趋势图。从图中可以看出，随着原子
序数的增加， 元素单质的熔点和沸点也呈现周期性的变化。 元素单质的 熔、 沸点
变化规律性稍弱 ，但周期性明 显，且周 期长短与元素原 子半径的周期 长短一致 。





4 、 元素相对原子密度和单质熔点、沸点的关系











19
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上面两图是元素相对原子密度和元素单质熔点、 沸点的关系图， 它们之 间的
大致关系是， 随着相对原子密度的增加， 单质的熔点和沸点也在增 高 ， 但二者之
间的数量关系并不密切。 相对原子质量、 原子半径 、 单质密度与单质熔 、 沸点的
关系 基本上也是如此。 与趋势性变化不同 ， 单质熔点、 沸点 随着原子序数 （相对
原子质量） 的增加周期性明显， 在每一个周期里， 单质熔点、 沸点 变化 趋势明显，
均是先 升高然后再降低，波动有规律。
元素单质熔 点和 沸点的这种周期性变化， 包含了元素周期间和周期内两种变
化趋势， 这两种变化趋势有显著差异， 从图形上看， 周期内变化因素要大于周期
间变化 因素。 因此， 从数据处理的角度， 整体分析掩盖了各物理量之间的 周期性
关 系。 加上 所有元素分为非金属元素和金属元素， 常态下各元素单质呈现出固体、
液体和气体三种形态，它们对元素单质熔 点和沸点的分析也有影响。

五、 原子力度
（一） 原子力度的概念及 计算公式
根据空间力学理论 已经得出的结论， 天体表面的重力加速度等于空间之力作
用于天体表面的压强。 空间力学是适用于 从粒子到天体所有尺度物体的力学， 同
样适用于原子。 因此， 原子表面的重力 加速度等于空间之力作用于原子表面的压
强 。 我们把原子表面的重力加速度称为原子力度 ， 它表示原子对原子表面物质的
黏合力度或吸引力度。其计算公式是：
????
= =
????
其中：
为原子力度，表示空间之力作用于原子表面的强度；
20
????????????????????????????????????????????????????
?
?????
为 空间力学常数，值为 .???? ×???? 秒 ；
为原子半径（ ） ；
为原子内基本粒子数， 计算时可用相对原子质量( / ) 代替；
为原子密度，计算时可用相对原子密度[ /( ????? )] 代替 。
原子力度的量纲单位 是 /( ????? ? ) 。
原子力度计算公式表明， 相同大小的 原子， 内部密度越大， 原子力度 也越大；
含有 相同 基本粒子数量的原子 ，半径越大， 原子力度 越小。
（二） 金属元素的 物理属 性与 原子力度关系图
原子力度是以相对原子质量和原子半径为基础计算而来， 考虑到原子半径的
可比性，我们以 金属元素为例 来考察。 各金属元 素的原 子力度数据参 见附录二 。
1 、 金属元素的相对原 子质量和原子力度
下图是金属元素原子力度随着相对原子质量变化的趋势图， 各段中间间隔的
空位 为非金属元素。 可以看出随着相对原子质量或原子序数的增加原子力度大体
呈增强趋势，每个周期内的变化趋势也基本如此。








21
2 、 金属元素的原子力 度 和密度
下 图是金属元素的原子力度和相对原子密度的关系图， 它们都是以相对原子
质量和原子半径计算出来的物理量， 它们之间是抛物线关系 。 原子力度和相对原
子密度之间的这种数量关系，得到金属元素单质密度的验证。








下图是金属元素 原子力度和单质密度的关系图， 只有铀、 镎、 铋等少数几种
金属偏离趋势线。








22
3 、 金属元素的原子力 度 与金属单质的熔点 、沸点 和沸熔差
下 面三张图是金属元素原子力度与金属单质的熔点、 沸点和沸熔差的关系散
点图， 点的分布特征与其它物理量类似 ， 大体上 有相关关系， 但 点的分布较分散 。
原子力度接近的金属元素单质的熔点、 沸点和沸熔差有显著差异， 熔点、 沸点和
沸熔差接近的金属元素的原子力度也有显著差异。 这样的关系分布是由于两者 的
周期长短虽然一致， 但同一周期内的 周期性变化趋势不同所致 。 这意味着引起元
素单质熔、沸点变化的还有其 它 未知 因素。















23








（三） 元素周期性的空间 力学解释
元素性质出现 周期性变化的原因在于， 原子形成过程中， 原子内的质子数 不
断增加， 相对原子质量不断增加， 原子的半径或体积也在不断地增加 。 由于只有
稳定结构的原子才可以 长时间存续， 存续下来的原子形态倾向于球形， 原子的生
成过程中， 原子半径或体积的增加实际上是一层一层地增加。 根据空间力学的原
理， 半径越小的粒子受到空间之力的力度越大， 同时粒子的密度也越大。 因此随
着 元素周期表中原子序数的增加或 原子相对质量的增加， 不同化学元素的原子密
度不 断增加 ，这也意味着，比重越大的金属其原子半径越小 。
从前文中看到的现象 ， 随着原子周期数的增加 原子半径 略有增加， 而在同一
周期中随着原子序数的增加原子半径变小 、 相对原子密度 增大， 原子力度 相应 增
大， 如果是高纯度的金属， 其熔点、 沸点、 延展性、 导电性、 导热性等物理属性
应有一 定的相关性。
在质子形成原子过程中， 当原子半径增大到一定程度， 原子力度不足以吸引
更多质子时， 原子的内部结构便会慢慢稳定下来。 因此， 稳定的原子种类一定是
24
??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
有限的，这也是目前的人造元素均无法长时间存续的根本原因。
由于形成原子的质子是一粒粒、 一层层逐渐形 成稳定 原子， 这个过程是周期
性的， 只是层与层之间的周期长短不一， 因而元素单质的物理性质的 变化呈现出
周期性。

六、 原子间作用力与 分子间作用力
（一） 原子间作用力
设两个原子 A 、 B 的半径分别为 和 ， 所含基本粒子总数分别为 和 ，
两原子相互接触，两者的质心距离为 + 。根据空间力学公式， 原子 A 对原
子 B 产生的空间之力为：
????
???? =
???? ( + )
原子 B 对原子 A 产生的空间之力为
????
???? =
???? ( + )
两个原子不同时 ，两原子间的相互黏合力
???? ????
=???? +???? = +
( ) ( )
???? + ???? +
????
= ×[ + ]
???? ( + )
( + )
=
( )
???? +
两个原子相同时， 两原子间的相互黏合力
????
=
????
25
因为力 是矢量， 当分子中含有多个原子时， 分子内部的总黏合力 为原子间黏
合 力的矢量和 。
（二） 分子间作用力
不同数目的原子 构成分子， 原子数目的 不同决定了分子 或物质属性 的不同。
根据分子中原子数目的不同， 分为单原子分子和多原子分子。 分子内原子的空间
排列对分子或物质的属性也有决定性影响，同分异构体即是如此。
自然状态下， 只有结构稳定的分子才可以长时间存续。 随着分子所处物理环
境的改变， 分子的结构有可能会改变， 从而形成适应新物理环境的结构， 也就是
新的分子或物质。
根据立体几何知识， 单原子分子应该是最稳定的分子。 当两个原子结合在一
起， 可形成一个双原子分子， 其结构的稳定性要小于单原子分子， 在外力或能量
的作用下，两个原子很容易分解成两个单原子分子。
依次类推， 三个原子相互结合在一起可形成线型结构或三角形结构， 显然三
角形要比线型结构稳定得多。 四个原子形成内接正 4 面体结构最为稳定， 五个原
子形成三角双锥型结构最为稳定，六个原子形成内接正八面体结构最为稳定。
上述分子结构指的是分子由 相同原子 形 成的理想结构。 现实世界中 ， 绝大部
分 分子是由不同种类 的原子构成， 其稳定结构相较上述理想稳定结构会有所变化 ，
要更为复杂 。
当分子聚合在一起时 ， 两分子的原子相互结合在一起。 分子间力等于两分子
的原子间相互作用力之矢量和。 由于原子间距离存在临界距离， 超过临界距离便
会发生相变， 分子间力实际上是相接触的原子间力之矢量和 ， 因而分子间作用力
的力度要小于原子间作用力的力度，相对分子密度也要小于相对原子密度 。
26
??????
七、 原子间作用力与 物态相变临界 距离
（一） 物质形态 与 粒子 间 距离
自 然界的物质均有固态、 液态和气态三种形态， 物质形态的变化称为物 态相
变。
在特定温度下， 如果继续升温 ， 固态物质可以变为液态物质， 这个过程称为
熔化； 如果降低温度， 液态物质会变为液态物质， 这个过程称为凝固。 这个特定
温度是物质固 态、液 态物态转化的临界温度，称为熔点。
在特定温度下， 如果继续升温 ， 液态物质可以变为气态物质， 这个过程称为
沸腾； 如果降低温度， 气态物质会变为液态物质， 这个过程称为凝聚。 这个特定
温度是物质气 态、液 态物态转化的临界温度，称为沸点。
物质在相变临界 温度之外也会发生 物态变化， 比如 升华、 蒸发等 。 升华是物
质由固态直接变为气态， 蒸发是在 沸点之下液体分子变为气体分子。 升华和蒸发
一般只在物质表面发生。
同一种物质在宏观上表现为固态、 液态和气态， 是由 组成物质的粒子间的
距离不同 引起。 物质粒子间的距离 差异 ， 在某种程度 上还 可表现为物 质的其它宏
观 属性，如弹性、体积、密度、温度、硬度、强度等 的差异。
根据物质空间结构理论， 能量或外力可以改变物质的结构， 其 本质是通过
改变物质粒子间的 相互 距离而改变 结 构。
（二） 元素单质 的 沸 熔点与 物态 相变临界距离
理想气体状态方程是描述一定数量的气体物质压强、 体积和温度之间数量关
系的方程，其形式如下 ：
???? =
27
????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
或者
= =

沸点时 ，液体原 子间的距离 超过相变临 界距离，脱离液 体而成为气 体原子，
根据空间力学原理， 此时原子在临界距离处的空间加速度等于此时气体原子的压
强。
设 元素 单 质的 沸点 ， 是 元素 单质 沸 点时 原 子间 的 相变 临界 距 离， 为
沸点临界摩尔密度（单位体积内的原子摩尔数， = / ） 。
液体原子的空间加速度为
=
气体原子的压强为
=
其中 为元素单质 的气化相变常数 。
此时气体原子的密度为
= =
????
所以
= = = =
????
整理可得
= =
???? ???? ????
根据相同原理，可以计算元素单质在熔点时的相变临界距离。
28
????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
设 为元素单质的 熔点， 为熔点时 原子间的 相变临界距离， 为熔点临
界摩尔密度 ， 为元素单质的 熔 化相变常数 。
= =
???? ???? ????
值得注意的是 ， 上 面公式中的 N 为原子内的基本粒子数 ， 对应的 为原子
内部基本粒子的空 间密度 。 在不知道原子内部基本粒子数 量的情况下， 实际计算
时可以用相对原子 密度代替，对应的 N 为相 对原子质量。

八、 化学反应 原理
物质在特定的条件下都具有特定的形态、 颜色、 熔点、 沸点等物理属性， 相
同物质在相同物理环境具有相同的物理属性。
保持物质物理 属性 的基本单元是分子， 分子由原子构成， 包括单原子分子和
多原子分子。 多原子分子内的原子可以是相同原子， 也可以是不同原子。 为了将
化学 反应 与原子反应 的表示方式 统一 ，分子可以采用 如下表示方式：
M( ) 或
M 代表分子；
A 为组成分子的原子符号；
m 为原子的相对原子质量；
Z 为原子序数；
n 为分子中的原子个数 ， = 时可不表示 。
M 内有多种原子时，按原子序数排列 即可 ；单原子分子仍可用 表示。例
如， 氢气分子也可以表示为 M( ) 或 ; 氢同 位素分子可以表示为 M( ) 或
???? ????
; 水分子也可以表示为 M( ) 或 。
29
??????????????????????????
宏观物质是由多个分子凝 结 在一起， 同种分子组成的物质为纯净物， 不同分
子组成的物质为混合物。本文所讲物质一般指纯净物。
多个分子凝 结成纯净物时， 按照物质形态分为固态、 液态和气态。 气态分子
一般独立存在 ， 气态分子间 作用 力很 小， 易 自由扩散； 液态分子间 作用力大于气
体分子间作用力， 可相互 聚集在 一起， 但 作用力较小 ， 所以 在外力作用下 形状极
易改变或断 裂； 固态分子间有较强的 作用力， 所以可以保持特定形状， 但当外力
超过分子间 作用力时，可改变固体形状。
原有物质的分子内原子重新组合生成新物质分子的过程即化学反应。 化学反
应是分子内部原子的重新排列组合， 但不同物质之间要发生化学反应， 需要先分
解物质分子间的联接 部位。分解物质分子间的联系需要施加能量。
化学反应根据反应方式的不同可以分为以下类型：
1 、 单个分子分解生成两个或两个以上 新分子的反应，称为分解化学反应。
2 、 两个或两个以 上 分子重新 组合生成一 个 新分子的反 应，称为合 成化学反
应。
3 、 多个分子混合 在一起后重 新组合生成 多个新分子的 反应，称为 交叉化学
反应。
无论是分解化学反应还是合成化学 或交叉化学反应，均伴随着能量变化。
以水分子分解生成氢气和氧气分子为例：
温度、 压力
???? ????
???? ( )+ → ???? ( )+ +
在 水分子分解之 前， 首先需要施加能量或升温使水分子脱离与其它水分子的
联系， 然后 再以更强的能量 （比如电解） 使氢原子和氧原子分开， 上述反应式中
即是这些能量。 的大小与反应物水分子 所处的物理环境主要是温度和压力
30

???? ????
???? ??????????????????????????????
有 密切关系。 与此同时， 当氢氧原子间超过临界距离， 它们便会加速远离， 此过
程 伴随 着能量释放（ 式中以 表 示） ，与爆炸类似。
在水分子解离成氢、 氧原子的环境下， 两个氢原子会结合生成氢气分子， 两
个氧原子会结合 生成氧气分子 ，原子结 合生成分子的过 程中 也伴随有 能量释放 。
在水分子解离环境中可以生成氢气和氧气， 是因为在这样的物理环境中， 氢气 分
子和氧气分子的 结构比水分子 结构更为 稳定，比它们重 新结合成水分 子更容易 。
我们再来看氢气和氧气生成水的反应：
温 度 、压力
???? ????
???? ( )+ + → ???? ( )+
如果将氢气和氧气按最佳比例混合在一起， 在一定的温度和压力区间内， 它
们并不会发生反应生成水。 这是因为在这样的物理环境中 氢气分子和氧气分子是
稳定的结构， 组成它们的原子不能相互结合生成新的物质分子。 假如我们以某种
能量方式 （比如点燃） 破坏稳定的分子结构， 分子解离成原子后， 氢氧原子便有
可能重新组合生 成新的物质水 分子。之 所以氢、氧原子 会 重新组合生 成 水分子 ，
是因为在这样的物理环境下生成水分子 ， 比它们组新结合成 氢气和氧气分子更容
易。
氢气和氧气 生成 水一般是爆 炸形式进行 ，在外力作用下 也可控制反 应速度 ，
也就是持续燃烧 ，但它们的反应一经触发即可自动进行。
对于氢气和氧气分子来说， 点燃实际上是一种外来能量， 这种能量可以将它
们的分子结构破坏， 分子解构成原子时可释放能量， 释放出来的能量又可将其它
分子解构原子， 同时又释放出能量 。 这个过程是链式反应过程， 在不加控制的情
况下即是爆炸。 在能量爆发的环境下， 当氢原子碰到氧原子时便会重新组合生成
水分子， 生成水分子的过程中， 会先吸 收一部分能量 促使氢原子和氧原子足够靠
31

???? ????
??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????
近从而 结合成水分子，在水分子降温过程中则会释放能量。
上述两 个反应过程看起来是可逆过程， 但它们 在不同的物理环境中才能 显著
发生 。 在相同的物理环境中， 上述可逆过程虽然仍会动态地同时发生， 但反应的
互 逆速率会非常小。
不同种类的原子可以结合生成化合物， 化合物之间也会发生化学反应， 这是
目前化学领域的主要研究内容。 化合物 之间的交叉反应过程与上面的分解反应和
合成反应类似。
我们 来看一个简单的交叉化学反应过程。
将 气 体通 入 澄清 的 石灰 水 中生 成 碳酸钙 ， 碳 酸钙 难 溶于 水 而产 生 浑浊 。
其化学反应的方程式为：
+ (???? ) = ↓+
(???? ) 在常 态下 是稳 定的 固体 ， 溶 于水 后其 分子结 构将 会被 水分 子解 构，
这个过程将会释放能量。 (???? ) 被解构后， 其在水溶液中的成分为游离状态的
原子和(???? ) ，(???? ) 在水中以( ? ) 的形式与水溶 合。 在常态下是稳
定的气体分子 ， 当通入 澄清的石 灰水 中 后， 分子与水中游 离状态的 原子或
( ? ) 中的 原 子 接 触 后 形成 更 为 稳 定 的( ) 原 子团 ， 不 过 的稳定性只
是相对于( ) 或(???? ) 而言的。
当游离状态的 原子和( ) 原子团接触碰撞后， 形成更为稳定的 原
子团或分子，在水中， 分子内 原子和( ) 原子团之间的黏合力较大，
水分子不能将其解构，故以沉淀物的形态沉淀于水中。
不过， 任何分子结构的稳定性都与其所处的物理环境有关 。 当 分子处
于高温环境时将变得不再稳定， 煅烧可以将 分子 解构为更为稳定的 分
32

???? ????
???? ????
???? ???? ???? ????
???? ???? ???? ????
???? ????
????
???? ????
????
????
???? ???? ???? ????
??????
子和 分子。

九、 结束语
物质空间结构理论认为， 基本粒子是构成所有物质的最小至密单位， 基本粒
子组成亚质子粒子， 亚质子粒子组成质子， 数量不同的质子组成原子， 相同或不
同的原子组成分子， 直至最后形成天体。 无论何种级别的粒子， 只有稳定的空间
结构才可以存续。 小粒子形成大粒子时是一粒粒、 一层层增加的， 因而化学元素
的性质随着相对原子质量的增加呈现周期性变化。
物质空间结构的稳定性依赖于物质存在的空间物理环境， 如果改变空间的物
理环境， 空间中物质的结构稳定性相应改变。 所有的化 学反应都是打破分子原有
空间结构 建立新分子 空间结构的物理过程。 化学反应之所以发生， 是因为在特 定
的物理环境中， 反应物的空间结构不如新物质的空间结构稳定。 反应物的空间结
构越稳定， 越不容易发生化学反应。 物质的物理化学过程伴随着能量发生， 遵循
物质守恒定律。

本文于 2024 年12 月 24 日完成， 上海 。

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33

????附录一： 各化学元素原子的相对原子质量、 相对 原子密度和原子半径及单质的熔
点和沸点
原子 英文 元素 元素 相对原子 相对原子 原子半径
熔点oC 沸点oC
序号 名称 名称 符号 质量 密度 （pm ）
1 hydrogen 氢 H 1.0078 25.589955 30.00 -259.16 -252.76
2 helium 氦 He 4.0026 1.000000 140.00 -272.20 -268.93
3 lithium 锂 Li 6.9380 1.354395 152.00 180.50 1,342.00
4 beryllium 铍 Be 9.0122 4.481116 111.30 1,287.00 2,468.00
5 boron 硼 B 10.8060 10.870728 88.00 2,077.00 4,000.00
6 carbon 碳 C 12.0096 17.894449 77.20 4,489.00 3,825.00
7 nitrogen 氮 N 14.0064 27.994649 70.00 -210.00 -195.80
8 oxygen 氧 O 15.9990 38.150791 66.00 -218.79 -182.95
9 fluorine 氟 F 18.9984 49.684265 64.00 -219.27 -188.11
10 neon 氖 Ne 20.1797 3.787863 154.00 -248.59 -246.05
11 sodium 钠 Na 22.9898 2.449275 186.00 97.79 882.94
12 magnesium 镁 Mg 24.3050 4.067967 160.00 650.00 1,090.00
13 aluminium 铝 Al 26.9815 6.312327 143.10 660.32 2,519.00
14 silicon 硅 Si 28.0840 12.021069 117.00 1,414.00 3,265.00
15 phosphorus 磷 P 30.9738 15.953560 110.00 44.15 280.50
16 sulfur 硫 S 32.0590 19.538519 104.00 115.21 444.61
17 chlorine 氯 Cl 35.4460 25.043980 99.00 -101.50 -34.04
34
18 argon 氩 Ar 39.9480 3.869306 192.00 -189.36 -185.85
19 potassium 钾 K 39.0983 2.146523 232.00 63.50 759.00
20 calcium 钙 Ca 40.0780 3.593760 197.00 842.00 1,484.00
21 scandium 钪 Sc 44.9559 7.249090 162.00 1,541.00 2,836.00
22 titanium 钛 Ti 47.8670 10.330609 147.00 1,670.00 3,287.00
23 vanadium 钒 V 50.9415 14.514398 134.00 1,910.00 3,407.00
24 chromium 铬 Cr 51.9961 16.997403 128.00 1,907.00 2,671.00
25 manganese 锰 Mn 54.9380 18.386698 127.00 1,246.00 2,061.00
26 iron 铁 Fe 55.8450 19.138785 126.00 1,538.00 2,861.00
27 cobalt 钴 Co 58.9332 20.685768 125.00 1,495.00 2,927.00
28 nickel 镍 Ni 58.6934 21.104055 124.00 1,455.00 2,913.00
29 copper 铜 Cu 63.5460 20.773038 128.00 1,084.62 2,560.00
30 zinc 锌 Zn 65.3800 18.628257 134.00 419.53 907.00
31 gallium 镓 Ga 69.7230 19.427479 135.00 29.77 2,229.00
32 germanium 锗 Ge 72.6300 23.742576 128.00 938.25 2,833.00
33 arsenic 砷 As 74.9216 28.992965 121.00 817.00 616.00
34 selenium 硒 Se 78.9600 33.798020 117.00 220.80 685.00
35 bromine 溴 Br 79.9040 36.973934 114.00 -7.20 58.80
36 krypton 氪 Kr 83.7980 7.400819 198.00 -157.42 -153.34
37 rubidium 铷 Rb 85.4678 3.841397 248.00 39.30 688.00
38 strontium 锶 Sr 87.6200 6.044071 215.00 777.00 1,377.00
35
39 yttrium 钇 Y 88.9059 10.450920 180.00 1,522.00 3,345.00
40 zirconium 锆 Zr 91.2240 15.268306 160.00 1,854.00 4,406.00
41 niobium 铌 Nb 92.9064 20.465797 146.00 2,477.00 4,741.00
42 molybdenum 钼 Mo 95.9600 24.495569 139.00 2,622.00 4,639.00
43 technetium 锝 Tc 97.9070 26.683250 136.00 2,157.00 4,262.00
44 ruthenium 钌 Ru 101.0700 28.797154 134.00 2,333.00 4,147.00
45 rhodium 铑 Rh 102.9055 29.320130 134.00 1,963.00 3,695.00
46 palladium 钯 Pd 106.4200 28.372869 137.00 1,554.80 2,963.00
47 silver 银 Ag 107.8682 24.765532 144.00 961.78 2,162.00
48 cadmium 镉 Cd 112.4110 23.343524 148.90 321.07 767.00
49 indium 铟 In 114.8180 16.900605 167.00 156.60 2,027.00
50 tin 锡 Sn 118.7100 23.637316 151.00 231.93 2,586.00
51 antimony 锑 Sb 121.7600 27.380560 145.00 630.63 1,587.00
52 tellurium 碲 Te 127.6000 34.019715 137.00 449.51 988.00
53 iodine 碘 I 126.9045 36.979727 133.00 113.70 184.40
54 xenon 氙 Xe 131.2930 8.687880 218.00 -111.75 -108.09
55 caesium 铯 Cs 132.9055 4.896062 265.00 28.50 671.00
56 barium 钡 Ba 137.3270 9.175262 217.30 727.00 1,845.00
57 lanthanum 镧 La 138.9055 15.538453 183.00 920.00 3,464.00
58 cerium 铈 Ce 140.1160 15.986294 181.80 799.00 3,443.00
59 praseodymium 镨 Pr 140.9077 15.918486 182.40 931.00 3,520.00
36
60 neodymium 钕 Nd 144.2420 16.566150 181.40 1,016.00 3,074.00
61 promethium 钷 Pm 144.9127 16.104608 183.40 1,042.00 3,000.00
62 samarium 钐 Sm 150.3600 17.557570 180.40 1,072.00 1,794.00
63 europium 铕 Eu 151.9640 11.510370 208.40 822.00 1,529.00
64 gadolinium 钆 Gd 157.2500 18.362117 180.40 1,313.00 3,273.00
65 terbium 铽 Tb 158.9254 19.548285 177.30 1,359.00 3,230.00
66 dysprosium 镝 Dy 162.5000 19.719836 178.10 1,412.00 2,567.00
67 holmium 钬 Ho 164.9303 20.669239 176.20 1,472.00 2,700.00
68 erbium 铒 Er 167.2590 20.996801 176.10 1,529.00 2,868.00
69 thulium 铥 Tm 168.9342 21.279518 175.90 1,545.00 1,950.00
70 ytterbium 镱 Yb 173.0540 16.425847 193.30 824.00 1,196.00
71 lutetium 镥 Lu 174.9668 22.847992 173.80 1,663.00 3,402.00
72 hafnium 铪 Hf 178.4900 30.441372 159.00 2,233.00 4,603.00
73 tantalum 钽 Ta 180.9479 39.859939 146.00 3,017.00 5,455.00
74 tungsten 钨 W 183.8400 46.928569 139.00 3,422.00 5,555.00
75 rhenium 铼 Re 186.2070 49.645056 137.00 3,185.00 5,590.00
76 osmium 锇 Os 190.2300 53.005313 135.00 3,033.00 5,012.00
77 iridium 铱 Ir 192.2170 52.968248 135.50 2,446.00 4,428.00
78 platinum 铂 Pt 195.0840 50.340095 138.50 1,768.20 3,825.00
79 gold 金 Au 196.9666 45.221685 144.00 1,064.18 2,836.00
80 mercury 汞 Hg 200.5900 39.941110 151.00 -38.83 356.62
37
81 thallium 铊 Tl 204.3820 28.519216 170.00 304.00 1,473.00
82 lead 铅 Pb 207.2000 26.504359 175.00 327.46 1,749.00
83 bismuth 铋 Bi 208.9804 38.696912 154.70 271.41 1,564.00
84 polonium 钋 Po 208.9824 32.480288 164.00 254.00 962.00
85 astatine 砹 At 209.9871 42.654076 150.00 302.00 370.00
86 radon 氡 Rn 222.0176 15.530584 214.00 -71.00 -61.70
87 francium 钫 Fr 223.0197 7.767721 270.00 27.00 677.00
88 radium 镭 Ra 226.0254 14.552275 220.00 696.00 1,737.00
89 actinium 锕 Ac 227.0277 23.498156 187.80 1,050.00 3,200.00
90 thorium 钍 Th 232.0381 27.276171 180.00 1,750.00 4,785.00
91 protactinium 镤 Pa 231.0359 38.237061 160.60 1,572.00 4,027.00
92 uranium 铀 U 238.0289 61.421736 138.50 1,135.00 4,131.00
93 neptunium 镎 Np 237.0482 30.322445 175.00 644.00 3,902.00
94 plutonium 钚 Pu 244.0642 41.625015 159.00 640.00 3,228.00
95 americium 镅 Am 243.0614 29.249155 178.60 1,176.00 2,011.00
96 curium 锔 Cm 247.0704 32.152494 174.00 1,345.00 3,100.00
注：
1 、 相对原 子质 量数 据来 源： 宋天 佑等 ， 《 无机 化 学》 （ 第三 版） 上册 附录 3 ， 高 等教 育出 版
社。
2 、 原子半 径数据 来源： 宋 天 佑等 ， 《无 机化 学》 （第三 版）上 册附录 6 ，高 等教育 出版 社。
3 、 元素单 质的 熔点 和沸 点数 据摘 自宋 天佑 等 ， 《无机 化学 》 （第 三版 ）下 册附 录。
4 、上 述资 料中 个别 缺失 的数 据如 其中 85 号 元素砹 （astatine ）的 半径 等均 来自 百度 百科 相
关 词条 。
5 、 相对原 子密 度 ： 是 指以 氦原 子密 度为 1 时 ， 其它各 元素 原子 的密 度 。 相 对原 子密 度与 相
38
对原子 质量 类似 ， 是 一个 相对 数， 表示 该 元 素原子 内部 单位 空间 里所 含的 基本 粒子 数。 相对
原子密 度数 据根 据相 对原 子质 量和 原子 半径 计算得 出。

附录二： 金属元素 的原子力度
原子序号 英文名称 元素名称 元素符号 原子力度
3 lithium 锂 Li 1.71315148E+26
4 beryllium 铍 Be 1.37318547E+27
11 sodium 钠 Na 6.85566533E+26
12 magnesium 镁 Mg 1.62680857E+27
13 aluminium 铝 Al 3.50332436E+27
19 potassium 钾 K 6.56781543E+26
20 calcium 钙 Ca 1.56324146E+27
21 scandium 钪 Sc 5.23050554E+27
22 titanium 钛 Ti 9.63897513E+27
23 vanadium 钒 V 1.73446117E+28
24 chromium 铬 Cr 2.27214900E+28
25 manganese 锰 Mn 2.63798858E+28
26 iron 铁 Fe 2.83570455E+28
27 cobalt 钴 Co 3.28635914E+28
28 nickel 镍 Ni 3.39324506E+28
29 copper 铜 Cu 3.39368636E+28
30 zinc 锌 Zn 2.85700470E+28
39
31 gallium 镓 Ga 3.13060593E+28
32 germanium 锗 Ge 4.43330239E+28
37 rubidium 铷 Rb 2.24849414E+27
38 strontium 锶 Sr 4.82568881E+27
39 yttrium 钇 Y 1.20793417E+28
40 zirconium 锆 Zr 2.29172986E+28
41 niobium 铌 Nb 3.75726574E+28
42 molybdenum 钼 Mo 5.12450111E+28
43 technetium 锝 Tc 5.94946700E+28
44 ruthenium 钌 Ru 6.82756203E+28
45 rhodium 铑 Rh 7.07780017E+28
46 palladium 钯 Pd 6.77624013E+28
47 silver 银 Ag 5.42649638E+28
48 cadmium 镉 Cd 4.98527647E+28
49 indium 铟 In 2.93077659E+28
50 tin 锡 Sn 5.18364186E+28
51 antimony 锑 Sb 6.67904520E+28
55 caesium 铯 Cs 3.90302505E+27
56 barium 钡 Ba 1.12397939E+28
57 lanthanum 镧 La 2.71474075E+28
58 cerium 铈 Ce 2.85463891E+28
40
59 praseodymium 镨 Pr 2.83981526E+28
60 neodymium 钕 Nd 3.05873725E+28
61 promethium 钷 Pm 2.92254599E+28
62 samarium 钐 Sm 3.41685920E+28
63 europium 铕 Eu 1.69643793E+28
64 gadolinium 钆 Gd 3.73717777E+28
65 terbium 铽 Tb 4.16282151E+28
66 dysprosium 镝 Dy 4.25532023E+28
67 holmium 钬 Ho 4.62505176E+28
68 erbium 铒 Er 4.77009828E+28
69 thulium 铥 Tm 4.89385534E+28
70 ytterbium 镱 Yb 3.20441775E+28
71 lutetium 镥 Lu 5.57452095E+28
72 hafnium 铪 Hf 9.05289060E+28
73 tantalum 钽 Ta 1.42523945E+29
74 tungsten 钨 W 1.88083690E+29
75 rhenium 铼 Re 2.07459958E+29
76 osmium 锇 Os 2.33042048E+29
77 iridium 铱 Ir 2.33578157E+29
78 platinum 铂 Pt 2.15645079E+29
79 gold 金 Au 1.80932962E+29
41
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80 mercury 汞 Hg 1.48005868E+29
81 thallium 铊 Tl 8.49543844E+28
82 lead 铅 Pb 7.55325894E+28
83 bismuth 铋 Bi 1.42332690E+29
84 polonium 钋 Po 1.06302946E+29
87 francium 钫 Fr 1.00095084E+28
88 radium 镭 Ra 2.86250467E+28
89 actinium 锕 Ac 6.37125333E+28
90 thorium 钍 Th 8.22812803E+28
91 protactinium 镤 Pa 1.44270080E+29
92 uranium 铀 U 3.21037425E+29
93 neptunium 镎 Np 9.88617275E+28
94 plutonium 钚 Pu 1.69265190E+29
95 americium 镅 Am 9.38792977E+28
96 curium 锔 Cm 1.10519856E+29
注：原 子力 度表 示空 间之 力作 用于 原子 表面 的力量 强度 ，计 算公 式如 下：
????
= =
????
?2
?13
为空间 力学 常数 ，值 为1.52×10 秒 ；
为原子 半径 ；
为原子 内基 本粒 子数 ，计 算时 可用 相对 原子 质量代 替；
为原子 密度 ， 计算 时可 用相 对原 子密 度代 替 。 原子力 度的 量纲 单位 /( ????? ? ) 。
参考文献：
1 、 宋 天佑 等 ， 《无 机化 学》 （第 三版 ）上 、下 册 ，高等 教育 出版 社 ；
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2 、 赵建明 ， 《从粒 子到 天体---- 全尺 度物质 空间 结构理 论（ 修订 二 版 ） 》 ，
http://www.360doc.com/showwebdoc/0/0/1113475577.aspx ；
3 、 赵建明 ， 《空间 力学---- 一种 涵盖 粒子和 天体 的力学 （修 订 二 版） 》 ，
http://www.360doc.com/content/24/0206/16/32147576_1113475975.shtml ；
4 、 赵建明 ， 《物质 空间 结构 理论 、空间 力学 与 天体大 气层 》 ，
http://www.360doc.com/content/24/0516/19/32147576_1123494948.shtml 。


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