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你能看到、触摸、闻到或品尝的一切都来自原子。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
你的身体。空气。你正在阅读的屏幕。最遥远的恒星。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
原子非常小，一滴水中的原子数量比可观测宇宙中的恒星还要多。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
在本课中，我们将深入探索：深入再深入，了解原子是什么、它们如何表现，以及为什么理解原子能解锁整个化学世界。
热身 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
在我们深入之前，先来发挥一下你的想象力。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
原子的结构
原子的组成部分
每个原子都有三种粒子：
质子：带正电荷，位于原子核（中心）
中子：不带电荷，也位于原子核
电子：带负电荷，在电子云中绕原子核运动
原子核与整个原子相比极其微小。如果把一个原子比作一个足球场，那么原子核就像放在50码线上的一个弹珠。而电子则像在看台上空飞舞的小虫子。
关键事实：质子数决定了原子属于哪种元素。这个数字称为原子序数。
每个氢原子都有且仅有 1 个质子。每个碳原子都有且仅有 6 个质子。每个金原子都有且仅有 79 个质子。
改变质子数就完全改变了元素。
是什么构成了元素？
金有 79 个质子。铁有 26 个质子。它们外观不同、手感不同、性质也不同。
但它们都只是质子、中子和电子的集合。
门捷列夫的地图
科学中最强大的速查表
1869年，俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫做出了一个天才之举。他将已知元素写在卡片上，并按照原子量排列。
他发现，具有相似性质的元素会以规律的间隔出现：一种周期性模式。
他将元素排列成一个表格，包含行（周期）和列（族）。
天才之举：门捷列夫留下了空位。他预测未发现的元素会填补这些空位——而他是对的。镓和锗在多年后被发现，几乎完美地符合他的预测。
周期（行）：每一行代表一个新的电子层被填充。
族（列）：同一列中的元素具有相同数量的外层电子，因此它们具有相似的化学性质。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
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周期表大致分为金属（左侧和中间：有光泽、导电、可延展）、非金属（右上角：气体、脆性固体）和准金属（沿阶梯线：兼具金属和非金属的性质）。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
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此外，还有位于最右侧一列的惰性气体：氦、氖、氩。它们具有完整的外层电子壳层，因此几乎不与任何物质发生化学反应。它们是周期表中的“独行者”。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
表中的规律 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
锂、钠和钾都位于周期表第1列。这三种元素都是质地柔软的金属，且与水反应剧烈。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
氟、氯和溴都位于周期表第17列。这三种元素都是高度活泼的非金属，容易从其他原子夺取电子。
原子如何连接
为什么原子会形成化学键
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大多数原子单独存在时并不稳定。它们希望拥有一个完整的外层电子壳层，就像惰性气体那样。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
为了达到这个目标，原子主要通过两种方式与其他原子形成化学键： [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
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离子键：一个原子将电子转移给另一个原子。 [BLOCK_TYPE SECTION/STEP]
食盐（NaCl）是典型的例子。钠原子有一个外层电子想要失去。氯原子有7个外层电子，想要再得到1个。钠原子将它的电子交给氯原子。现在两个原子都拥有完整的外层电子壳层：但钠原子因失去一个电子而带正电荷，氯原子因获得一个电子而带负电荷。正负电荷相互吸引，使它们紧密结合在一起。
共价键：原子共享电子。
水（H₂O）就是这样形成的。氧原子需要2个额外电子。每个氢原子有1个电子可以共享。因此，氧原子与两个氢原子共享电子。没有人放弃任何东西：它们是合作。
离子化合物倾向于形成晶体并溶于水。共价化合物倾向于形成分子：如H₂O或CO₂这样的独立单元。
为什么盐会溶解
当你把一颗盐晶体放入一杯水中时，它会消失。固体分解，钠离子和氯离子分散在水中。
这是因为水是一种极性分子：氧端略带负电，氢端略带正电。
什么是反应？
反应物转化为生成物
化学反应发生时，原子会重新排列它们的化学键，形成新的物质。
起始物质称为反应物。反应结果称为生成物。
一个绝对规则：在化学反应中，原子既不会被创造也不会被毁灭。 这就是质量守恒定律。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：冰袋、光合作用、煮鸡蛋）。
化学无处不在：
- 锈蚀：铁 + 氧气 → 氧化铁。缓慢，放热。
- 燃烧：燃料 + 氧气 → 二氧化碳 + 水。快速，非常放热。
- 光合作用：二氧化碳 + 水 + 阳光 → 葡萄糖 + 氧气。吸热：植物将太阳的能量储存在化学键中。
所有这些反应都只是原子断裂旧键并形成新键的过程。
锈蚀的化学
你可能见过旧汽车、工具或铁钉上的锈迹。锈蚀形成缓慢，但它确实是一种真正的化学反应。
化学方程式为：4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃
这句话的意思是：四个铁原子与三个氧分子反应，生成两个单位的氧化铁（铁锈）。
生活中的化学
你生活在一个化学实验室里
化学不仅仅发生在烧杯里。它每时每刻都在你周围发生。
烹饪：当你煎肉或烤面包时，那就是美拉德反应：氨基酸和糖类重新排列成数百种新的风味化合物。
医学：每一种药物都是一个分子，被设计成能与你身体中的特定受体结合，就像钥匙开锁一样。
材料：你正在阅读的屏幕之所以存在，是因为化学家们找到了如何制造液晶、半导体和聚合物薄膜的方法。
电池：你的手机依靠锂离子化学原理运行：锂原子在电极之间来回穿梭电子。
你的身体：此刻，你细胞中的酶正在每秒催化成千上万次化学反应：分解食物、合成蛋白质、复制DNA。
每一种材料、每一种药物、每一项技术都源于原子形成化学键。
轮到你了
将化学与你的世界联系起来
你现在已经了解了原子、元素、化学键和反应。你已经掌握了描述物质来源及其行为方式的词汇。