啥？氢分子不是最小的分子！

氢气的分子非常小，也容易在身体等介质内进行快速扩散，这是氢气作为一种生物气体的重要特点之一。但是严格说，氢气分子虽然是质量最小的分子，但并不是体积最小，当然扩散能力也不是最大的分子，因为有另外一个体积更小扩散力更大的分子，这种分子是只有一个原子组成的氦气。这到底是怎么回事，且听我随便谈谈（只可惜我的物理化学只是中学水平，有些知识可能比较幼稚，敬请高手指正）。

分子是啥？学习了中学化学，我们知道物质都是分子、原子或离子组成。原子是很小很小的颗粒，一颗芝麻都是有好几百千万亿个多种原子组成，如果原子有花生仁一样大，一个小苹果就像地球一样大了。总之，原子是极小极小的颗粒。分子也就是由一些原子组成，一般也都很小很小，当然也有比较大的如DNA这样可以很长的分子。

不过物理学知识告诉我们，小小原子并不是最小颗粒，其中还有电子和原子核，原子核中有中子质子组成，有一种原子就是氢原子的原子核内只有一个质子，所以氢原子核的另一个名字就是质子。想起《三体》的智子了吧，其实就是质子的化身。不过更恐怖的是，物理学研究发现，中子和质子也不是最基本的成分，还有更多如层子，夸克，这些都不是那么容易理解的了。

不过我们今天想理解理解分子的大小，分子大小或原子大小其实是个很难回答的问题，最简单的原子如氢原子，是一个质子核和周围一个电子，这个电子的活动范围应该就是原子的大小，可惜的是，这个电子活动范围是一个概率范围，几乎没有办法获得绝对准确的范围，当然科学家已经有了比较准确的数值，但是并没有绝对准确的值。其实原子并不是一个实心的结构，绝大多数范围都是真空状态，据说这个真空的比例是99.99999999999%，总之所谓的原子，内部基本都是真空。大小只是核外电子的可能活动范围而已。甚至电子也不是真正的实体，也只是一种波，这就越来越难理解了不是。

原子到底多大？一般的说法是原子直径大约即0.1纳米，是10的负十次方米。

原子是分子组成的，例如氢气分子就是两个氢原子组成的，氢分子的体积多大？有资料说，氢气分子的直径为0.289纳米，氢原子是最小的原子，氢气分子是不是最小的分子？其实还有比氢气体积更小的分子，就是氦气，根据资料显示，氦气分子直径只有0.26纳米。如果按照分子大小和扩散能力的关系，氦气的扩散能力比氢气更厉害。在声音传递方面氦气对语言的影响远远超过氢气。一般我们计算气体扩散能力是按照气体的分子量计算，但前提是这些气体的原子数量一样，例如都是双原子气体。氦气是单原子气体，分子量是氢气的2倍，但是因为是单原子，其原子半径比氢气分子半径小一些，因此扩散能力也更强。

其实我们知道，这种数值本身并不那么准确，只能是根据某种计算获得的有效分子体积。但氦气的有效体积比氢气小这是真实的，而且有效体积会决定许多物理性质，例如氢气医学特别注重的一个问题就是气体的扩散能力，从有效体积角度看，氦气的扩散能力要超过氢气。不过有人提出一个看法，认为氦并不是分子，而是原子，氢气才是真正的气体，这有当别论。所以我们经常说，氢气分子是体积最下的分子，也是扩散能力最大的气体分子，这有一定道理，但前提是氦气不是气体，否则这个氢气就成了老二了。

不过，氦气虽然更小，但没有氢气的生物学性质，这不会构成对氢气医学地位的威胁。氦气在医学上有很大作用，首先是人类进行大深度潜水中必须使用的气体，另外也能作为呼吸气体治疗哮喘这种气管变细的疾病，山东潍坊医院就具有这样专门治疗哮喘的技术，据说效果神奇。

既然谈到分子大小，我们不得不提一下第一个真正测定出分子大小并证明原子存在的科学家，这个人就是伟大的爱因斯坦，在爱因斯坦奇迹年1905年，他除发表了相对论和光电效应论文外，还发表了两篇不那么耀眼的论文，就是利用布朗运动测定分子体积的方法。1905年4月，爱因斯坦完成了《分子大小的新测定法》，5月完成了《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》。这是两篇关于布朗运动的研究的论文。爱因斯坦当时的目的是要通过观测由分子运动的涨落现象所产生的悬浮粒子的无规则运动，来测定分子的实际大小，以解决半个多世纪来科学界和哲学界争论不休的原子是否存在的问题。三年后，法国物理学家佩兰以精密的实验证实了爱因斯坦的理论预测。从而无可非议的证明了原子和分子的客观存在，这使最坚决反对原子论的德国化学家、唯能论的创始人奥斯特瓦尔德于1908年主动宣布：“原子假说已经成为一种基础巩固的科学理论”。

此文章摘自氢气医学领军人物孙学军的微信公众号《氢思语》，转载请注明出处。