原子解剖

原子的一部分

每个原子都有三种粒子：

质子：带正电，位于原子核（中心）

中子：无电荷，也在原子核中

电子：带负电，围绕原子核在电子云中

原子核相对于整个原子来说非常小。如果将一个原子放大成一个足球场的大小，那么原子核就像一个位于50码球线上的玻璃球。电子就像在上座处嗡嗡响的苍蝇。

关键事实：质子的数量定义了一个原子是哪种元素。 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。

改变质子的数量，你就改变了元素本身。

使元素的因素

金有79个质子，铁有26个质子。它们看起来不同，感觉不同，也有不同的行为。

但是，它们都是质子、中子和电子的集合。

门捷列夫的图表

科学领域最强大的作弊-sheet

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。他把已知元素写在卡片上，并按照原子质量排列。

他注意到，具有相似性质的元素在固定的间隔处出现:一个周期性模式。

他将它们排列成有行(周期)和列(组)的表格。

周期 (行): 每行代表一个新的电子层被填充。

组 (列): 在同一列的元素具有相同的外层电子数量:这就是为什么它们行为相似的原因。

表格大致分为金属 (左侧和中央:闪亮、导电、可塑性)、非金属 (右上角:气体、脆性固体)和半金属 (沿着阶梯线:两者属性)。

然后还有稀有气体 在远右侧的列: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反应。它们是周期表中的孤僻者。

And then there are the noble gases in the far right column: helium, neon, argon. They have full outer electron shells, so they almost never react with anything. They are the loners of the periodic table.

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,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,喜欢从其他原子抢走电子。

原子如何相连

为什么原子会结合

大多数原子在单独状态下是不稳定的。它们想要一个完整的外层电子壳: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。钠有1个它想要失去的外层电子。氯有7个外层电子,想要1个更多。钠将其电子转给氯。现在两个都有完整的外层壳:但钠正电荷(失去一个电子)而氯负电荷(获得一个)。相反的电荷会吸引,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个可以分享。所以氧原子与两个氢原子共享电子。没有人放弃任何东西:他们合作。

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。

为什么盐会溶解

当你将一颗盐晶体放入一杯水中,它会消失。固体会分裂,并且钠和氯离子会在水中扩散。

这发生因为水是极性分子:氧端稍微负电,氢端稍微正电。

什么是反应？

反应物变成产物

化学反应发生在原子重新排列其键以形成新物质时。

起始材料称为 反应物。结果称为 产物。

有一条绝对规则： 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 (释放能量：火焰、爆炸、手暖器) 或 吸热 (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 + 阳光 → 葡萄糖 + 氧气。吸热：植物将太阳能储存在化学键中。

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。生锈的形成是缓慢的，但它确实是一种真正的化学反应。

化学方程式是：4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

这读作：四个铁原子与三个氧气分子发生反应，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

化学不仅仅是在锅碗瓢盆里发生。它正在你周围、随时随地发生。

烹饪：当你烤肉或烤面包时，那就是迈亚尔反应：氨基酸和糖分重新排列成数百种新味道分子。

药物：每种药物都是为了适应身体某个特定受体的分子设计，如同钥匙插入锁中。

材料：您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：您的手机运行在锂离子化学上：锂原子在电极之间传输电子。

您的身体：此时，您体内的酶正在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。

您的回合

将化学与您的世界联系起来

您现在知道了原子、元素、键和反应。您拥有描述事物的词汇，了解它们是由什么组成的以及它们为何表现出特定的行为。