第1章 物质的结构和变化（课件）《化学基础》（航空工业出版社）

第1章 物质的结构和变化 1.1 物质的结构 氧化还原反应 1.2 1.1 物质的结构 物质可由分子、原子或离子构成，其中，分子是保持物质化学性质的最小粒子。分子由一个或多个相同或不同的原子组成，可用分子式表示，如O2表示氧气分子，每个氧气分子由2个氧原子组成；而原子是化学变化中的最小粒子，可用元素符号表示，如Fe（铁）、Mg（镁）、Al（铝）等；离子是带电的原子，可用离子符号表示，如 Ca2+ （钙离子）、 Al3+ （铝离子）、 Cu2+ （铜离子）等。 物质发生物理变化时，分子不发生变化；物质发生化学变化时，分子发生变化，但原子不发生变化。因此，要了解物质的结构及其变化，必须了解原子的结构。 1.1.1 原子结构 1．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。原子核由质子和中子构成，每个质子带一个单位正电荷，中子不带电荷，所以原子核所带的正电荷数即核电荷数（用符号Z表示）等于核内质子数。 由于每个电子带一个单位的负电荷，所以原子核所带的正电荷数与核外电子所带的负电荷数相等。原子作为一个整体不显电性。 氦原子的原子构成模型   例如，氦（He）原子由2个质子和2个中子组成氦原子核，氦原子核外由2个电子绕核高速旋转，如右图所示。 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，所得的数值叫做质量数，用符号A表示。中子数用符号N表示，则： 2．原子核外电子的排布规律 在离核较近的区域内运动的电子能量较低，反之较高。科学家把这些距核远近不同的“区域”称为电子层。按从内向外的顺序排列，电子层可以用数字和字母来表示： （1）数字表示法 1，2，3，4，5，6，7… （2）字母表示法 K，L，M，N，O，P，Q… 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： 右图为原子核外电子排布示意图。 用原子结构示意图可以简洁、明了地表示 原子结构。圆圈和圈内的数字表示原子核和核 内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表 示该层电子数。下图显示了核电荷数为1～20的元素原子核外电子的排布情况。 原子核外电子排布示意图 元素的核外电子排布示意图 原子核外电子的排布的规律： （1）各电子层最多容纳的电子数为2n2个； （2）最外层电子数不超过8个，K层为最外 层时不超过2个； （3）次外层电子数不超过18个，倒数第3 层电子数不超过32个。 3．同位素 我们把具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子叫做核素，如 、 和 就各为一种核素。质子数相同，而中子数不同的同种元素的不同核素互称为同位素，如 、 和 就是氢的3种同位素。 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，例如在农业上用放射性同位素的原子核放射的γ射线照射种子，可使种子发生变异，经过筛选，培育出具有早熟、高产、抗病等特点的优良品种；在医学上，可以用 诊断和治疗甲状腺疾病等。 1.1.2 元素周期律和元素周期表 1．元素周期律 为便于研究，科学家们把元素按照核电荷数的 大小由小到大进行编号，这个序号称 为元素的原子序数。 右表列出了3～18号元素原子 的核外电子排布、原子半径和主要 化合价。 下图显示了随着原子序数的变化，原子半径也呈现变化的趋势。 综上所述，元素原子的核外电子排布、原子半径及主要化合价等元素性质都随着原子序数的递增而呈现有规律的变化。由此可以得出一个结论，就是元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化，这个规律叫做元素周期律。 2．元素周期表 元素周期表中的每个横行称为一个周期，共有7个周期。每一周期中元素的电子层数相同，周期的序数就是该周期元素原子具有的电子层数。 周期序数＝电子层数 第一、二、三周期所排元素种类分别为2种、8种、8种，称为短周期；第四、五、六周期所含元素较多，分别为18种、18种、32种，称为长周期；第七周期，目前所排元素种类为26种，还未填满，所以称为不完全周期。 主族是由短周期元素和长周期元素共同构成的族，分别用ⅠA、ⅡA、…、ⅦA表示。在周期表中， 主族序数=最外层电子数。 副族是完全由长周期元素构成的族，分别用ⅠB、ⅡB、…、ⅦB表示。零族是由稀有气体元素构成的族，用“0”表示。Ⅷ族是由第8、9、10三个纵列的元素构成的族，用“Ⅷ”表示。 ； （1）同一周期，自左至右，核电荷数依次增多，原子失去电子的能力逐渐减弱，得到电子的能力逐渐增强（零族除外）。因此从左至右元素金属性逐渐减弱，如Mg的金属性小于Na的金属性；而非金属性逐渐增强，如S的非金属性大