原子與分子課件

原子與分子微觀世界是奇妙的，原子和分子構(gòu)成了我們周圍的一切。原子的基本組成質(zhì)子帶正電荷，決定原子序數(shù)中子不帶電荷，決定原子質(zhì)量電子帶負(fù)電荷，決定原子化學(xué)性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程1道爾頓原子模型1803年，道爾頓提出原子模型，認(rèn)為原子是不可分割的實(shí)心球體。道爾頓的原子模型為化學(xué)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，標(biāo)志著化學(xué)由定性研究走向定量研究的開端。2湯姆森原子模型1897年，湯姆森發(fā)現(xiàn)電子，并提出原子模型，認(rèn)為原子是一個(gè)帶正電的球體，電子均勻分布在其中。3盧瑟福原子模型1911年，盧瑟福通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原子中心有一個(gè)帶正電的原子核，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)。4玻爾原子模型1913年，玻爾提出原子模型，認(rèn)為電子只能在特定的能級(jí)上運(yùn)動(dòng)，并引入量子化的概念。5量子力學(xué)原子模型20世紀(jì)20年代，量子力學(xué)發(fā)展起來，人們開始用量子力學(xué)來描述原子結(jié)構(gòu)。粒子模型和波粒二象性早期，人們將原子視為微小的實(shí)心球體，稱為粒子模型。這個(gè)模型解釋了部分現(xiàn)象，但無法解釋光電效應(yīng)等。后來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光具有波粒二象性，即光既具有波動(dòng)性，也具有粒子性。電子等微觀粒子也具有波粒二象性，因此無法用簡(jiǎn)單的粒子模型描述。原子軌道和量子數(shù)電子云模型描述電子在原子核周圍運(yùn)動(dòng)的概率分布。量子數(shù)描述電子的狀態(tài)和能量，包括主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)和自旋量子數(shù)。原子軌道描述電子在原子核周圍的空間分布，如s軌道、p軌道、d軌道和f軌道。電子云模型和原子的能級(jí)排布電子云模型描述了電子在原子核周圍運(yùn)動(dòng)的概率分布，而不是確定的軌道。電子云模型強(qiáng)調(diào)了電子運(yùn)動(dòng)的量子化性質(zhì)，電子只能處于特定的能級(jí)，這些能級(jí)對(duì)應(yīng)不同的電子云形狀。原子的能級(jí)排布是指電子在原子核周圍不同能級(jí)上的分布情況。能級(jí)越高，電子能量越高。電子按照一定的規(guī)則填充各個(gè)能級(jí)，以達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)。了解原子的能級(jí)排布對(duì)于理解化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)性質(zhì)至關(guān)重要。原子的穩(wěn)定性和元素周期表穩(wěn)定原子原子的穩(wěn)定性取決于其電子層是否填滿。例如，氦原子具有兩個(gè)電子，填滿了其第一層，使其非常穩(wěn)定。不穩(wěn)定原子不穩(wěn)定原子通常會(huì)通過化學(xué)反應(yīng)與其他原子結(jié)合，以獲得更穩(wěn)定的電子構(gòu)型。例如，鈉原子只有一個(gè)外層電子，因此會(huì)傾向于失去它以形成更穩(wěn)定的離子。周期表元素周期表以原子的電子構(gòu)型為基礎(chǔ)組織元素。周期表展示了元素的性質(zhì)如何隨著其原子序數(shù)的變化而變化，并且有助于預(yù)測(cè)元素之間的化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)鍵的類型離子鍵通過電子轉(zhuǎn)移形成的鍵。正負(fù)離子通過靜電吸引力結(jié)合在一起。共價(jià)鍵原子間共享電子形成的鍵。共用電子對(duì)使原子間形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。金屬鍵金屬原子之間共享自由電子形成的鍵。自由電子使金屬具有良好的導(dǎo)電性和延展性。離子鍵形成當(dāng)金屬原子失去電子形成帶正電的陽(yáng)離子，非金屬原子得到電子形成帶負(fù)電的陰離子，陰陽(yáng)離子通過靜電吸引力結(jié)合形成離子鍵。特點(diǎn)離子鍵通常形成于金屬與非金屬元素之間，離子化合物通常具有高熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，在水中易溶解并能導(dǎo)電。共價(jià)鍵原子之間通過共享電子對(duì)形成的化學(xué)鍵。共價(jià)鍵通常出現(xiàn)在非金屬元素之間。共價(jià)鍵可以是單鍵、雙鍵或三鍵。金屬鍵自由電子金屬原子最外層電子容易脫離原子核的束縛，形成自由電子，在金屬晶體中自由移動(dòng)。金屬陽(yáng)離子金屬原子失去最外層電子后，形成帶正電荷的金屬陽(yáng)離子，固定在晶格點(diǎn)上。電子海自由電子在金屬陽(yáng)離子之間自由移動(dòng)，形成電子海，將金屬陽(yáng)離子束縛在一起。氫鍵和范德華力氫鍵氫鍵是分子間的一種較強(qiáng)的相互作用，它存在于具有極性鍵的分子之間，特別是含有氫原子與電負(fù)性大的原子（如氧、氮或氟）相連的分子之間。范德華力范德華力是分子間的一種較弱的相互作用，包括倫敦色散力、偶極-偶極力、誘導(dǎo)力等，它存在于所有分子之間。分子的空間構(gòu)型分子的空間構(gòu)型是指分子中各個(gè)原子在空間中的相對(duì)位置和排列方式，它是由分子中各個(gè)原子之間的化學(xué)鍵類型、鍵角和鍵長(zhǎng)決定的。分子的空間構(gòu)型決定了分子的性質(zhì)，如極性、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、反應(yīng)活性等。常用的描述分子空間構(gòu)型的模型有：價(jià)層電子對(duì)互斥理論（VSEPR）：根據(jù)中心原子周圍價(jià)電子對(duì)之間的排斥作用來預(yù)測(cè)分子的空間構(gòu)型。雜化軌道理論：將原子軌道混合形成雜化軌道，從而解釋分子中原子間的成鍵方式和空間構(gòu)型。分子間作用力范德華力范德華力是一種較弱的分子間作用力，主要由瞬時(shí)偶極-瞬時(shí)偶極相互作用引起。氫鍵氫鍵是一種較強(qiáng)的分子間作用力，發(fā)生在具有極性鍵的分子之間，其中氫原子與電負(fù)性較大的原子（如氧、氮或氟）相連。氣體分子的運(yùn)動(dòng)1無規(guī)則運(yùn)動(dòng)氣體分子在空間中無規(guī)則地運(yùn)動(dòng)2高速度氣體分子運(yùn)動(dòng)速度非常快3大間距氣體分子間距離很大液體分子的間距和表面張力間距液體分子之間的間距比氣體分子大，但比固體分子小。表面張力液體表面由于分子間引力不平衡而表現(xiàn)出收縮的趨勢(shì)，形成表面張力。影響因素溫度和溶質(zhì)都會(huì)影響液體分子的間距和表面張力。固體分子的規(guī)則排列1緊密排列固體分子緊密排列，以最小化空間和最大化相互作用力2規(guī)則結(jié)構(gòu)原子或分子在三維空間中形成重復(fù)的結(jié)構(gòu)，稱為晶體結(jié)構(gòu)3晶格類型常見的晶格類型包括簡(jiǎn)單立方、體心立方和面心立方物質(zhì)的三態(tài)變化1固態(tài)固態(tài)物質(zhì)具有固定的形狀和體積，分子排列緊密且有序。2液態(tài)液態(tài)物質(zhì)具有固定的體積，但形狀不固定，分子排列相對(duì)松散且可以移動(dòng)。3氣態(tài)氣態(tài)物質(zhì)沒有固定的形狀和體積，分子間距很大，可以自由移動(dòng)。相變的吸放熱吸熱固體熔化成液體，液體汽化成氣體，都需要吸收能量，溫度升高。放熱氣體凝結(jié)成液體，液體凝固成固體，都需要釋放能量，溫度降低。升華和凝華固體直接變成氣體，或者氣體直接變成固體，也是吸熱和放熱過程。蒸汽壓和沸點(diǎn)100標(biāo)準(zhǔn)大氣壓100攝氏度760毫米汞柱液體在一定溫度下，其蒸汽與液態(tài)達(dá)到平衡時(shí)的蒸汽壓稱為飽和蒸汽壓。當(dāng)液體的蒸汽壓等于外界壓力時(shí)，液體沸騰。水的沸點(diǎn)為100攝氏度，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為760毫米汞柱?；瘜W(xué)反應(yīng)的概念物質(zhì)變化化學(xué)反應(yīng)是指物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，生成新的物質(zhì)的過程。原子重排化學(xué)反應(yīng)中，原子的種類不變，但原子之間的排列方式發(fā)生了改變。能量變化化學(xué)反應(yīng)通常伴隨著能量的變化，可以是放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)的類型燃燒反應(yīng)物質(zhì)與氧化劑反應(yīng)，放出熱量和光，生成氧化物。例如，木材燃燒生成二氧化碳和水。氧化還原反應(yīng)涉及電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，其中一種物質(zhì)失去電子，另一種物質(zhì)得到電子。例如，鐵在空氣中氧化生成鐵銹。酸堿反應(yīng)酸與堿反應(yīng)生成鹽和水。例如，鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉和水。沉淀反應(yīng)溶液中生成不溶性物質(zhì)沉淀。例如，氯化鋇溶液與硫酸鈉溶液反應(yīng)生成硫酸鋇沉淀?；瘜W(xué)反應(yīng)的速率和影響因素溫度升高溫度，反應(yīng)速率加快，因?yàn)榉磻?yīng)物分子獲得的能量更多，碰撞頻率更高，有效碰撞次數(shù)也更多。濃度增加反應(yīng)物的濃度，反應(yīng)速率加快，因?yàn)榉磻?yīng)物分子之間的碰撞頻率更高，有效碰撞次數(shù)也更多。催化劑催化劑可以改變反應(yīng)的活化能，降低反應(yīng)所需的能量，從而加速反應(yīng)速率。化學(xué)反應(yīng)的熱化學(xué)1焓變反應(yīng)過程中熱量的變化，用符號(hào)ΔH表示，正值表示吸熱反應(yīng)，負(fù)值表示放熱反應(yīng)。2熱化學(xué)方程式表示化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的化學(xué)方程式，包括化學(xué)式、反應(yīng)條件和焓變。3蓋斯定律反應(yīng)的焓變只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)途徑無關(guān)，可以用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)的焓變?；瘜W(xué)平衡的概念可逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)既可以向前進(jìn)行，也可以向逆反應(yīng)進(jìn)行，稱為可逆反應(yīng)。動(dòng)態(tài)平衡在一定條件下，正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度保持不變，反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。平衡常數(shù)平衡常數(shù)K表示平衡狀態(tài)下生成物濃度乘積與反應(yīng)物濃度乘積的比值，反映了反應(yīng)的平衡程度?；瘜W(xué)平衡的移動(dòng)溫度影響升高溫度有利于吸熱反應(yīng)，降低溫度有利于放熱反應(yīng)。壓強(qiáng)影響增加壓強(qiáng)有利于氣體體積減小的方向，降低壓強(qiáng)有利于氣體體積增大的方向。濃度影響增加反應(yīng)物濃度或減少生成物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)；反之亦然。酸堿反應(yīng)和pH值酸性酸性物質(zhì)通常具有酸味，可以使指示劑變色，例如石蕊試紙變紅。堿性堿性物質(zhì)通常具有苦味，可以使指示劑變色，例如酚酞試紙變紅。pH值pH值用于衡量溶液的酸堿性，范圍從0到14，其中7為中性，小于7為酸性，大于7為堿性。氧化還原反應(yīng)和電化學(xué)氧化還原反應(yīng)涉及電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng)，其中一個(gè)物質(zhì)失去電子被氧化，另一個(gè)物質(zhì)得到電子被還原。電化學(xué)利用氧化還原反應(yīng)來產(chǎn)生電流，或者利用電流來驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)。例如，電池和電解池。化學(xué)能在生活中的應(yīng)用能源化學(xué)能廣泛用于發(fā)電，比如火力發(fā)電和核能發(fā)電，為社會(huì)提供電力。交通汽油、柴油等燃料驅(qū)動(dòng)汽車，飛機(jī)等交通工具，方便人們出行。生活燃料燃燒用于烹飪，取暖，為人們的生活提供便利?；瘜W(xué)在技術(shù)發(fā)展中的作用電子科技化學(xué)物質(zhì)在電子器件的制造中起著至關(guān)重要的作用，例如用于制造手機(jī)、電腦、芯片等的材料和工藝。航空航天化學(xué)材料用于制造飛機(jī)、火箭等航空航天設(shè)備，并用于開發(fā)新的燃料和推