第一章物质结构（课件）《化学基础》（上海交通大学出版社）

第一章 物质结构 本章导读 大千世界，物质种类繁多、变化多端。我们日常看到的物质都是处于宏观状态的，本章将从微观角度研究物质的组成、结构、性质、应用等，并揭示物质的宏观现象与微观结构之间的相互关系。 本章学习目标 熟悉原子结构。 了解同位素及其应用。 掌握元素周期律与元素周期表。 熟悉化学键与分子间力。 掌握化学实验基本操作。 原子结构 01 一、原子的组成 原子是由居于原子中心带正电荷的原子核和在核外做高速运动的带负电荷的电子构成的。 原子核由质子和中子构成，每个质子带1个单位的正电荷，中子不带电荷，所以原子核所带的正电荷数（即原子核电荷数，用符号Z表示）等于原子核内质子数。每个电子带1个单位的负电荷。原子核所带的正电荷数与原子核外电子所带的负电荷数相等，所以原子作为一个整体不显电性。 一、原子的组成 例如，氦（He）原子的原子核由2个质子和2个中子组成，核外有2个电子做高速运动。 二、相对原子质量 如果忽略电子的质量，将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似值加起来，所得的数值称为质量数，用符号A表示，其中中子数用符号N表示，则 如用X代表一个质量数为A、质子数为Z的原子，则可以用 代表原子的组成，表示为 三、原子核外电子的排布规律 在具有多个电子的原子中，各个电子的能量是不同的，在离原子核较近区域运动的电子能量较低，在离原子核较远区域运动的电子能量较高。 科学家把这些离原子核远近不同的区域称为电子层。原子核外电子是在不同的电子层内运动的，人们把这种现象称为原子核外电子的分层排布。 电子围绕原子核做高速运动，它处在原子核的引力场中，总是从内层排起，当内层排满后再排下一层。电子层可用数字和字母表示，按从内向外的顺序表示为如下形式。 数字表示法：1、2、3、4、5、6、7。 字母表示法：K、L、M、N、O、P、Q。 原子核外电子的排布是有一定规律的： （一）原子核外每一电子层最多容纳的电子数为2n2个，其中n代表电子层，如果n=1，则第1层（即K层）最多容纳2x12=2个。 （二）最外层电子数不超过8个，K层为最外层时不超过2个。 （三）次外层电子数不超过18个，倒数第3层电子数不超过32个。 这些规律是相互关联的，需要综合考虑。例如，第4层最多可容纳32个电子，但第4层作为最外层时，可容纳电子数最多不能超过8个。 三、原子核外电子的排布规律 同位素及其应用 02 一、同位素 元素是具有相同原子核电荷数（质子数）的同一类原子的总称。 同一种元素原子核中的质子数相同，但中子数不一定相同。如表所示，氢元素的3种原子的原子核内都含有1个质子，但所含的中子数不同。 这三种质子数相同、中子数不同的原子互相称为同位素，即氢元素的3种同位素。 很多元素都有同位素，具有广泛的应用。 有些同位素能够发出肉眼看不见的射线，称为放射性同位素。放射性同位素的用途非常广泛。例如，农业上用放射性同位素放射的γ射线照射种子，使种子发生变异，经过筛选，培育出具有早熟、高产、抗病等特点的优良品种；医学上用碘的放射性同位素诊断和治疗甲状腺疾病等。 二、同位素的应用 元素周期律与元素周期表 03 一、元素周期律 如表所示，人们按照原子核电荷数由小到大的顺序给元素的原子编号，这种编号称为原子序数。显然，原子序数在数值上与原子核电荷数相等。 元素的原子核外电子排布、原子半径及主要化合价等都随着原子序数的递增而呈现周期性的变化。 元素性质是由原子结构决定的，那么元素性质也将随着原子序数的递增而呈现周期性的变化，这个规律称为元素周期律。 二、元素周期表 科学家们根据元素的原子结构和性质，把电子层数目相同的元素，按原子序数递增的顺序从左到右排成横行；把不同横行中最外层电子数相同的元素，按电子层数递增的顺序由上而下排成纵列，这样就得到一个元素周期表。 （一）元素周期表的横行 元素周期表中有7个横行，每个横行称为一个周期，所以共有7个周期。每一周期中元素原子的电子层数相同，从左到右原子序数递增，周期序数就是该周期元素原子具有的电子层数，即周期序数=电子层数。 第1、2、3周期所含元素种类分别为2种、8种、8种，称为短周期；第4、5、6周期所含元素种类较多，分别为18种、18种、32种，称为长周期；第7周期目前所含元素种类为26种，还未填满，所以称为不完全周期。 （二）元素周期表的纵列 元素周期表中有18个纵列，除第8、9、10三个纵列为一族（称为第Ⅷ族）外，其他每个纵列各为一族，所以共有16个族。每一族中元素原子的最外层电子数相同，族序数用罗马数字Ⅰ、Ⅱ、……、Ⅶ、Ⅷ表示。 元素周期表中的族有主族和副族之分。 二、元素周期表 主族是指由短周期元素和长周期元素共同构成的族（稀有气体除外）。在元素周期表中，主族共有7个，主族序数后标A，如ⅠA、ⅡA……ⅦA，主族序数与该族