难易是相对的,对于万吨水压机来说,它挤压一大块铁锭,就像我们揉面一样可以轻易将其塑造成想要的形状.所以,固体的难压或难拉只是相对于人力而言.这就需要一些估算来说明问题.
日常所见固体其实都是靠离子键或共价键或金属健构建起来的,其键能(即拉断一对分子或原子间的一个键所需要的能量)约是几个电子伏特(eV);分子力所对应的键能要比此小约10倍.正因分子力相对较弱,常温下才几乎没有完全靠分子力构建的固体.以下估算中取一个偏大一些的分子力键能E≈1eV≈10^-19(J).
取分子平衡距离D0≈2*10^-10(m).由分子力f随分子间距D变化的f-D曲线可知:当D=D0时,f=0;当D增大时,f为吸引性的分子力;随D的增大,f先较快速地增大;当D≈2*D0时,f=fm(极大值);然后f开始不断减小;当D=10*D0时,f≈0.D=D0到D=10*D0之间的f-D曲线与横轴围成的面积几乎就是分子力键能E.不难看出,E≈5*D0*fm.所以,fm≈10^-19(J)/10^-9(m)=10^-10(N).
一个能使出F=1000(N)力的人算是大力士了.我们来估算他能拉断多粗的一段固体.设固体截面为方形,边长为B,截面上有N个分子或原子.F=N*fm=(B/D0)^2*fm,所以,B=D0*(F/fm)^(1/2)≈(2*10^-10)*(1000/10^-10)^(1/2)≈7*10^-4(m).可见大力士也只能拉断大约1毫米粗细的一段固体,而一般固体的粗细显然大于1毫米,所以谁也拉不断(掰断是另一回事儿).所以,固体对人来说是难以拉伸的.(注意拉断固体只要使其某个截面之间从D0拉伸到大约2*D0即可,这是很短的距离;若拉不断,则相应的拉伸距离更短……)
压缩固体时,从f-D曲线可知:排斥性的分子力f随分子间距D的减小而增加的程度远比f在D=D0到D=2*D0之间变化的程度更大,或说变化更迅速得多,所以,压缩固体比拉伸固体更困难.