原子解剖

原子部分

每个原子都有三种粒子：

质子：带正电，位于核心（中心）

中子：无电荷，也在核内

电子：带负电，围绕核在电子云中运动

核相对于整个原子来说非常小。如果将原子放大成一个足球场，那么核就像50码线上的一个宝石。电子就像在上座的苍蝇在上座飞翔。

关键事实是：质子的数量定义了一个原子是哪个元素。 这个数字被称为原子序数。

每个氢原子都有1个质子。每个碳原子都有6个。每个金原子都有79个。

改变质子数量，你就改变了元素本身。

构成元素的因素

金有79个质子，铁有26个质子。它们看起来不同，感觉不同，也表现不同。

但是，它们都是质子、中子和电子的集合。

门捷列夫的图表

科学中最强大的速记本

1869年，一位俄罗斯化学家迪米特里·门捷列夫做了个聪明的举动。他将已知的元素写在卡片上，并根据原子质量排列。

他注意到，具有相似性质的元素在固定的间隔处出现：一个周期性的模式。

他将它们排列成有行(周期)和列(组)的表格。

门捷列夫的绝妙之处在于，他留下了空白。他预测未发现的元素将填补这些空白：他的预测几乎完美地证实了。镓和锗数年后才被发现，几乎完美地符合他的预测。

周期（行）：每行代表一个新的电子壳被填满。

组（列）：同一列的元素具有相同的外层电子数量：这就是它们相似行为的原因。

表格大致分为金属（左侧和中央：光滑、导电、可塑性）、非金属（右上角：气体、脆性固体）和半导体（沿着阶梯线：既有金属又有非金属的性质）。

然后还有稀有气体，位于右侧列：氦、氖、氩。它们具有完整的外层电子壳，所以它们几乎不会与任何东西发生反应。它们是周期表中的孤僻者。

表格中的模式

锂、钠和钾都在周期表的第1列。所有三个都是柔软的金属，会与水剧烈反应。

氟、氯和溴都在第17列。所有三个都是高度反应性的非金属，喜欢从其他原子上抢电子。

原子是如何连接的

为什么原子会结合

大多数原子在单独状态下是不稳定的。它们想要拥有完整的外层电子壳：就像稀有气体那样。

为了达到这个目标，原子以两种主要方式与其他原子结合:

离子键：一个原子将电子转移到另一个原子。

食盐（NaCl）是经典的例子。钠原子有1个它想要失去的外层电子。氯原子有7个外层电子并想要多一个。钠原子将其电子转给氯原子。现在两个原子都拥有完整的外层电子壳，但钠原子正电荷（失去一个电子）而氯原子负电荷（获得一个）。相反的电荷会吸引对方并且它们会紧密结合。

共价键：原子共享电子。

水（H₂O）以这种方式工作。氧原子需要2个电子。每个氢原子都有1个可以共享。所以氧原子与两个氢原子共享电子。没有人失去任何东西：他们互相合作。

离子化合物倾向于形成晶体并在水中溶解。共价化合物倾向于形成分子：像H₂O或CO₂这样的单元。

为什么盐会在水中溶解

当你将一颗盐晶体放入水杯中时，它会消失。固体会分裂，钠和氯离子会在水中扩散。

这发生在水分子是极性的分子：氧原子的一端略微负电，氢原子的一端略微正电。

什么是反应？

反应物变成产品

化学反应发生时，原子重新排列其键来形成新物质。

起始材料称为 反应物，结果称为 产品。

一个绝对规则：原子在化学反应中永远不会被创建或销毁。这就是 质量守恒法。每个进入的原子都必须出来：只是重新排列了。

反应可以是 放热反应（释放能量：火焰、爆炸、手暖器）或 吸热反应（吸收能量：冷包、光合作用、煮鸡蛋）。

化学无处不在：

- 生锈：铁 + 氧气 → 铁氧化物。慢，放热。

- 燃烧：燃料 + 氧气 → 二氧化碳 + 水。快，非常放热。

- 光合作用：二氧化碳 + 水 + 日光 → 葡萄糖 + 氧气。吸热：植物将太阳能存储在化学键中。

这些中每一个都是原子打破旧键并形成新键。

生锈的化学

你可能已经在旧车、工具或钉子上看到过生锈。生锈是非常慢的化学反应。

化学方程式是：4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

这读作：四个铁原子与三个氧分子发生反应，生成两个铁氧化物（生锈）单位。

化学在你的生活中

你正在生活在一个化学实验室里

化学不仅仅是在烧瓶中发生。它正在你周围、随时发生。

烹饪：当你烤肉或烤面包时，那就是马立奥反应：氨基酸和糖分重新排列成数百种新味道。

药物：每一种药物都是为了适应身体某个特定的受体，像是一把钥匙插入锁中。

材料：你正在阅读的屏幕存在是因为化学家们发明了液晶体、半导体和聚合物薄膜。

电池：你的手机运行在锂离子化学上：锂原子在电极之间传递电子。

你的身体：现在，细胞中的酶每秒钟催化成千上万的化学反应：分解食物、构建蛋白质、复制DNA。

每种材料，每种药物，每种技术都可以追溯到原子形成键。

你的回合

将化学与你的世界联系起来

你现在知道了原子、元素、键和反应。你有词汇来描述事物是由什么组成的以及它们为什么表现出特定的行为。