化學(xué)基本概念
銅臭 / 2022-07-16
化學(xué)是研究物質(zhì)及其變化的科學(xué)。要了解和研究物質(zhì)及其變化，首先應(yīng)掌握它們的有關(guān)基本知識(shí)。本章主要講述原子、分子、原子量、分子量、元素符號(hào)、化合物的分子式和化學(xué)反應(yīng)方程式等基本知識(shí)，以及空氣的組分和性質(zhì)、理想氣體狀態(tài)方程式的推導(dǎo)和應(yīng)用。
第一節(jié)物質(zhì)
自然界是由物質(zhì)構(gòu)成的。物質(zhì)是我們感覺(jué)到的客觀實(shí)在，如水、煤、油、空氣、食鹽和鋼鐵等都是客觀存在的具體物質(zhì)。一切物質(zhì)都在不停地運(yùn)動(dòng)和變化著，而物質(zhì)變化的形式是多種多樣的:有物理的、化學(xué)的和生物的等等。物質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，有時(shí)有新物質(zhì)生成，有時(shí)沒(méi)有新物質(zhì)生成。如水受熱變?yōu)檎羝?，蒸汽冷卻又變成水，水冷卻變成冰，冰受熱又變成水。水、蒸汽和冰，盡管聚集狀態(tài)不同，但屬同一種物質(zhì)，這種僅聚集狀態(tài)發(fā)生改變，而沒(méi)有生成新物質(zhì)的變化，叫做物理變化。憑人們的感覺(jué)或用物理方法就能認(rèn)識(shí)的物質(zhì)性質(zhì)，叫做物理性質(zhì)，如顏色、氣味、狀態(tài)、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)和溶解性等。物質(zhì)在發(fā)生變化時(shí)有新物質(zhì)產(chǎn)生的變化，叫做化學(xué)變化，通常也叫化學(xué)反應(yīng)。物質(zhì)在化學(xué)變化中所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)叫做化學(xué)性質(zhì)，如碳燃燒時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的化學(xué)性質(zhì)為碳與氧相互反應(yīng)生成二氧化碳。
化學(xué)變化和物理變化雖然有本質(zhì)的區(qū)別，但它們也不是相互孤立毫無(wú)聯(lián)系的。物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)變化的同時(shí)，常常伴隨著物理變化，例如蠟燭燃燒時(shí)首先是固體蠟受熱熔化(物理變化)，然后燃燒成二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣(化學(xué)變化)。
世界上的物質(zhì)有千千萬(wàn)萬(wàn)，人們就是根據(jù)不同物質(zhì)具有不同性質(zhì)去認(rèn)識(shí)和區(qū)別它們的。
第二節(jié)分子和原子
一、組成物質(zhì)的分子和原子
科學(xué)實(shí)踐證明，一 切物質(zhì)都是由分子組成的。分子是能夠獨(dú)立存在并保持原物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。同種物質(zhì)分子的化學(xué)性質(zhì)相同，不同種物質(zhì)分子的化學(xué)性質(zhì)不同。酒精可以燃燒，而水不能燃燒，就是因?yàn)榫凭肿雍退肿硬煌?，各具有不同的化學(xué)性質(zhì)。
分子的重量和體積都很小,分子雖然肉眼看不到，但卻能察覺(jué)到它是真實(shí)存在的，并且還在不斷地運(yùn)動(dòng)著。例如打開(kāi)氨水瓶，周?chē)涂陕劦桨蔽?箱子里放了樟腦，打開(kāi)箱子就可聞到樟腦味。所以能聞到氨和樟腦的氣味，是由于氨的分子和樟腦的分子逸至空間作用于我們的嗅覺(jué)所致。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已能用電子顯微鏡觀察到較大的分子，如蛋白質(zhì)等。
物質(zhì)在發(fā)生物理變化時(shí)，它的分子沒(méi)有質(zhì)的變化。例如水加熱變成水蒸氣時(shí)，分子沒(méi)有改變，只是分子運(yùn)動(dòng)加劇，分子之間的距離增大，由液態(tài)變成了氣態(tài)。但物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，分子就會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，成為新物質(zhì)的分子。例如電解水時(shí)生成氫氣和氧氣，這時(shí)水分子就變成與其性質(zhì)完全不同的氫分子和氧分子了。顯然，氫、氧分子是由組成水分子的兩種不同的微粒形成的。由此可知，分子雖很小，但仍是由更小的微粒組成的，這種微粒在化學(xué)反應(yīng)中再也不可能分割或轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌奈⒘！Ｎ覀儼堰@些在化學(xué)反應(yīng)中不起質(zhì)的變化的微粒稱(chēng)為原子。從水的電解可知，水分子是由兩種不同的原子組成的,即由二個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子組成。電解時(shí)水中的氧原子相互結(jié)合成為氧分子(兩個(gè)氧原子組成)，氫原子則相互結(jié)合為氫分子(兩個(gè)氫原子組成)。不論是水分子中的氧原子或氧分子中的氧原子，性質(zhì)都相同，即在不同分子中的同種原子，其性質(zhì)是相同的。
二、原子的組成
原子由原子核和核外電子兩部分組成。原子核在原子的中!心，帶有正電荷，它在整個(gè)原子中所占的體積非常小，其直徑約等于原子直徑的十萬(wàn)分之一;核外電子則在原子核周?chē)目臻g繞核作高速運(yùn)動(dòng)，帶有負(fù)電荷(電量是1.602×10?¹?庫(kù)侖)。電子的質(zhì)量很小，約等于最輕的氫原子核質(zhì)量的1/1837，因此，原子的重量主要集中在原子核上。電子的直徑比原子核的還要小，因此原子核和電子只占整個(gè)原子所占空間的極小一部分，也就是說(shuō)，原子內(nèi)部絕大部分是空的。
原子核又由兩種微粒組成:一種是質(zhì)子，帶有一個(gè)正電荷，其電量和電子的電量相等，但符號(hào)相反，質(zhì)量約為電子的1837倍;另一種是中子，不帶電荷，其質(zhì)量和質(zhì)子的幾乎相等。因此，原子核中的質(zhì)子數(shù)決定了原子核的電荷數(shù)(核電荷數(shù))，原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)，決定了原子的重量。核電荷數(shù)和核外電子數(shù)是相等的，所以原子不顯電性。如氫的原子核中只有1個(gè)質(zhì)子，即其核電荷數(shù)是1,核外就只有1個(gè)電子繞核運(yùn)動(dòng)，如圖1-1所示;氧的原子核中有8個(gè)質(zhì)子，即其核電荷數(shù)是8，核外就有8 個(gè)電子繞核圖1-1氫原子結(jié)構(gòu)示意運(yùn)動(dòng)。
核電荷數(shù)不同的原子，其核外電子數(shù)也不同，它們的重量和性質(zhì)也各不相同。核電荷數(shù)相同的原子，它們的核外電子數(shù)相 同，化學(xué)性質(zhì)也相同。核電荷數(shù)相同的一類(lèi)原子稱(chēng)為某元素。 如核電荷數(shù)為1的一類(lèi)原子，稱(chēng)為氫元素;核電荷數(shù)為8的一類(lèi)原子，稱(chēng)為氧元素。
在原子中同時(shí)存在著兩種力:一種是由于原子核帶正電荷，電子帶負(fù)電荷，核和電子間有相互吸引的力;另一種是由于電子以極高的速度繞核運(yùn)動(dòng)，電子有離開(kāi)原子核的傾向，這樣就使原 子核和電子處在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。然而在一定條件下， 原子也會(huì)失去或得到一部分電子而成為帶電荷的微粒:失去電子后成為帶正電荷的微粒，稱(chēng)為正離子(或陽(yáng)離子);得到電子后成為帶負(fù)電荷的微粒，稱(chēng)為負(fù)離子(或陰離子)。
由于每種元素原子的核電荷數(shù)都不相同，我們把各種原子按其核電荷數(shù)從小到大排列的序號(hào)叫做原子序數(shù)。因元素原子的核電荷數(shù)是從1開(kāi)始，逐-增加的，即核電荷數(shù)是以1、2、3.......遞增的，所以原子序數(shù)和核電荷數(shù)的數(shù)值相等。如氫原子的核電荷數(shù)為1；其原子序數(shù)也為1;氧原子的核電荷數(shù)為8，其原子序數(shù)也為8。
原子的組成可概括如下:
原子序數(shù)=核中質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù)) =核外電子數(shù)
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