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篇名: 鑽石─排成閱兵隊形的晶體原子
作者: 輕舟	日期: 2012.07.20　　天氣: 　心情:

理查．道金斯是世界最知名的演化生物學家，倡導科學教育不遺餘力，他一直嘗試將科學奇蹟背後的各種原理介紹給所有成年讀者。道金斯在本書做了截然不同的嘗試，他與大名鼎鼎的藝術家戴夫．麥金合作，借重他無可匹敵的圖像解說能力，讓所有年齡層的讀者都能輕易欣賞科學的魔力。

晶體──排成閱兵隊形的原子

鑽石晶體是一個巨大的分子，沒有固定大小，由數百萬個碳原子固結而成，所有的原子整齊劃一地以非常特定的方式結合成一體。在晶體內部，這些原子彼此間隔的空間完全一致，你可以把它們想成是一群排成閱兵隊形的原子，唯一的差別是它們的隊形是三維空間，就像魚群一樣。不過這種魚群裡的「魚」數量相當驚人，即使是最小的鑽石晶體裡的碳原子，數量也比全世界所有魚類（加上所有人類）的總和多。「固結」是一種容易造成誤導的描述方式，它會讓你把原子聯想成彼此緊挨的固體碳塊，中間完全沒有任何空隙。事實上，我們將會提到，絕大多數「固體」物質是由空的空間構成的。這裡需要一點解釋！我會回來再做說明。

所有晶體都是由相同的「隊形」構成的，原子以固定的模式排列，彼此間隔的距離完全相同，這種形式決定了整個晶體的形狀。事實上，我們說的晶體指的就是原子的排列方式。有些「士兵」可以呈現的「隊形」不只一種，因此能產生各式各樣的晶體。當碳原子以某種隊形排列時，可以形成堅不可摧的鑽石晶體。如果碳原子採取的是另一種隊形，則會形成石墨晶體，這種晶體柔軟到可以當做潤滑劑來使用。

我們把晶體想成美麗的透明物體，我們在描述其他透明的事物（例如純水）時也會用「晶瑩剔透」來形容。然而實際上，絕大多數固體事物是由晶體構成的，而且絕大多數固體事物並非透明。鐵塊是由許多微小晶體緊密結合而成，每個晶體都由數百萬個鐵原子組成，這些鐵原子彼此間隔相同，就像鑽石晶體裡「排成隊形」的碳原子一樣。鉛、鋁、金、銅，它們分由不同種類的原子晶體構成。岩石（如花崗岩與砂岩）也是一樣，但它們通常混合許多種類不同且緊密結合的微小晶體。

砂也是晶體。事實上，許多砂粒是被水與風磨碎的小粒岩石。泥也是如此，它額外混合了水或其他液體。通常砂粒與泥粒會再次結合成新的岩石，我們稱為「沉積」岩，它由砂與泥的沉積物石化而成。(「沉積物」是沉積在液體底部的固體物質，例如沉積在河底、湖底或海底。)砂岩裡的砂的主要構成物是石英與長石，這兩種晶體是地殼的常見物質。石灰岩的成分則不同。與白堊一樣，石灰岩的成分是碳酸鈣，它來自磨碎的珊瑚骨骼與海貝殼，包括微小的單細胞生物（稱為有孔蟲）的外殼。如果你看見非常白晢的沙灘，上面的砂很可能來自同種類貝殼的碳酸鈣。

有時候，晶體完全由同種類（全來自相同元素）「排成隊形」的原子組成。鑽石、金、銅與鐵均屬此類。但還有一些晶體是由兩種原子組成，同樣也排成嚴謹的隊形，例如兩兩交錯。鹽（食鹽）不是元素，而是鈉與氯兩種元素的化合物。在鹽晶體中，鈉原子與氯原子相互交錯排成隊形。其實在鹽這個例子裡，鈉與氯不稱為原子，而稱為「離子」，但我不打算在此多做解釋。每個鈉離子有六個氯離子鄰接，彼此呈直角：前、後、左、右、上與下。每個氯離子周圍也環繞著鈉離子，方式完全相同。整個排列由許多正方形構成，這是為什麼當你仔細用高倍透鏡觀察時，會發現鹽晶體呈立方體──三維的正方形──或至少邊緣呈方形。另外還有許多晶體是由一種以上的原子「排成隊形」組成，這類晶體很多可以在岩石、砂子與土壤中發現。

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