1.3 为什么有些东西可以导电

到现在为止我们已经用了大量的篇幅来披露原子的内幕，希望人类不会因为好奇心的驱使前去参观而带来环保问题。说实在的，我们已经离题太远了，在这一节里，我想从另外一个角度重新探讨一下导体和绝缘体。

研究原子是单调和枯燥的工作，甚至有些无聊，所以我们通常认为这是物理和化学家们的工作，自己则跑去喝茶、看电视、钓鱼或者到演唱会现场给歌星们助兴。我们不喜欢原子，但是却喜欢原子组成的大西瓜、大米饭、炸小黄花鱼、垃圾食品（我们大家心里跟明镜似的，却管不住自己的嘴）和汽车。看得出这绝对是一种细活儿，大自然是怎么做到的呢？

没有用来把原子们粘在一起的胶水，在原子一级的微观世界里是没有胶的。非常明显，同时也非常关键的是，如果没有办法把原子们结合到一起，它们就只能像沙子一样什么也形成不了，永远都只能是一盘散沙。不过，作为也是由原子组成的你，既然能够有机会在这里探讨这个问题，说明大自然早就找到了解决的办法。

奥秘就在于要形成物质，原子们必须依靠共用外层电子的方法来抱成团。在物质里，原子们密密麻麻地挤在一起，一个原子会有一个以上的邻居，而它的邻居们也一样拥有别的邻居。当共用发生的时候，每个原子外层的电子会定期到别的原子那里待一会儿。这有点儿像两个无聊的邻居，今天你住我家，我住你家，明天再换回来，就这样不停地折腾，也不知道为什么。由于电子和原子核之间有引力作用，所以当电子在原子之间共用时，电子充当了原子之间的黏合剂。

在原子那里，它们之间的黏合剂是它们各自最外层的电子，具体方式就是电子共用。共用通常只发生在相邻的原子之间，但这也不可能是随随便便就可以的，不同的原子，也会在“邻居”的类型和数量上有所挑剔。在生活中，你也不是和所有人都能称兄道弟。俗话说“人以类聚、物以群分”，就是这个道理。

从大的、看得见的宏观层面上来说，物质分为两大类型。第一种类型的物质，它们的共同特点是由同一种原子结合而成。比如金、银、铜、铁、锡、铝和钠等，它们都是分别由相应的金、银、铜、铁、锡、铝和钠原子组成的。从现在开始起，当你神气活现地把金戒指戴在手上的时候，别忘了正是因为有不可胜数的金原子愿意手拉手聚在一起，才成就了你脸上那灿烂而自信的笑容。

第二种类型的物质，其组成方式较第一种类型复杂，但在生活中更常见，包括所有的动植物、食品、纸张、化工原料等，包括你自己躯体上的每一个组成部分。我们平时喝的水，它是无色透明的，也没有难闻的怪味儿（如果不是这样，而你又喝了它，随后所发生的一切我们称之为坏肚子）。但是你有可能不知道的是，这种你天生就离不开的东西却是由两种表面上看起来极不相干的东西结合而成：氢和氧。氢和氧平时是气体，它们分别由氢原子和氧原子组成。特别是氧气，你根本就离不开它，为了依靠它活命，你说话和唱歌的时候必须换换气儿，即使是在睡着的时候，你那令人不爽的鼾声也表明它依旧在你的身体里进进出出。但是当氢气和氧气混合起来燃烧的时候，氢原子和氧原子就会通过共用电子形成水。

再比如我们平时吃的盐，你简直想不到它居然是由两种极其危险的物质构成的，即钠和氯，所以食盐在化学上又称为氯化钠。钠是一种金属，呈银白色，可以导电。奇怪的是同样属于金属，它却非常软，可以用小刀切成片。最麻烦的是它对于我们生活的环境非常恐惧（我们呼吸的空气中有21%是氧气，它很容易就能与钠打起来生成一块氧化钠的东西），所以只好将它放在煤油里——也只能待在这里，要是你把它丢进水里，那可就太危险了，它会在水面上打转，并“咝咝”地使劲儿叫唤——很像一种燃放之后会在地上打转的烟花发出的声音——总之简直让人不知所措，如果更严重的话，还会爆炸，给你整整容；而氯气呢，则是有毒的气体。总之，如果你吃了一块钠，或者吸入了过量的氯气，通常的结局只能是伸腿瞪眼、四脚朝天、呜呼哀哉。有句话叫“吃饱了骂厨子”，但是你瞧，如果饭菜里不放盐，情况也好不到哪儿去。

原子之间通过共用电子来形成各种各样的物质，这并不是一件轻而易举、稀松平常的事儿。如果不是这样的话，你穿的衣服就会长在皮肤上，形成一种新的、更古怪的皮肤；当你想从椅子上站起来的时候，你会发现椅子已经长在屁股上，成了你身体的一部分——总之，整个世界会慢慢地融合到一起，从而彻底变个样儿。好在这种事情没有发生，我们据此也知道原子们的脾气着实古怪。不同类型的原子，其原子最外层的电子数不同，离原子核的远近也不同，这使得它们都有着各自不同的性格特征。它喜欢什么样的伙伴、能与它的伙伴结成哪种形式的关系，都是不同的。有时候，伙伴关系平平常常就形成了，有的时候则需要很高的温度，或者很高的气压。总之，它们是什么样，就意味着它们想要那样，那样对它们来说是最自然、最合适的。

正常情况下，电子不会无缘无故从原子里跑出来，因为原子是很稳定的。而且，对于大多数物质来说，除非灾难降临，否则的话电子的共用总是只在相邻的原子之间进行。在这种情况下，电子从一个地方到另一个很远的地方去串门儿是非常困难的，这就是我们通常所说的绝缘体。

与绝缘体相反，在导体里，通常用于共用的电子都不太安分，在自己的岗位上待一会儿就感到腻味得慌，于是就溜了号。如果别的地方正好有个职位空缺（当然是另一个不安分的家伙刚刚留下的），它就迫不及待地奔赴过去。在这些物质里，几乎充满了这样可耻的、不负责任的家伙，可以想象，这些物质里会乱成啥样。

在经典物理学里，这些不负责任的家伙，名字叫自由电子。它们的存在，是导体能够导电的根本原因。换句话说，当你用墙上插座里的电子来推动导体里的自由电子朝着一个方向前进时，“导电”这个过程就发生了。