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

相比整个原子，核是非常非常小的。如果将一个原子放大成一个足球场的大小，那么核就像50码球上的一个弹珠。电子就像在上座处飞舞的苍蝇。

关键事实：质子的数量定义了一个原子属于哪个元素。这一数字叫做原子序数**。

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。

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·门捷列夫做了件聪明事。他把已知的元素写在卡片上，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。

天才之举：门捷列夫留下了空白。他预测未发现的元素将填充这些空白：他是对的。几年后发现镓和锗，几乎完美地验证了他的预测。

周期 (行)：每行代表一个新的电子壳被填充。

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

表格大致分为金属（左侧和中间：光滑、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：既有金属性质又有非金属性质）。

然后还有稀有气体在右侧列：氦、氖、氩。它们的外层电子壳完全，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。所有三个都是软金属，会与水剧烈反应。

氟、氯和溴都在第17列。所有三个都是高度活泼的非金属，喜欢从其他原子上抓取电子。

原子如何连接

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：就像稀有气体一样。

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1个。钠原子将其电子转交给氯原子。现在两个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）。相反电荷会吸引对方并紧密结合。

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。

为什么盐会溶解

当你将盐晶体倒入水杯中时，它会消失。固体会分裂，钠和氯离子会在水中扩散。

这发生在水分子极性的原因：氧原子端是略带负电，氢原子端是略带正电。

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。

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

反应可以是放热的（释放能量：火焰、爆炸、手暖器）或吸热的（吸收能量：冷包、光合作用、烹饪鸡蛋）。

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

你可能已经在旧汽车、工具或钉子上看到过生锈。生锈的形成相对较慢，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。

你的生活中的化学

你正在生活在一个化学实验室里

化学不仅仅是在锥体管里发生的事情。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：每一种药物都是为了适应人体某个特定受体的分子设计，像是一把钥匙插入锁中。

材料：您正在阅读的屏幕存在是因为化学家们发明了液晶、半导体和聚合物薄膜。

电池：您的手机运行的是锂离子化学：锂原子在电极之间传输电子。

您的身体：此时，细胞中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化学键。

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。