《物質(zhì)的組成與構(gòu)成》課件

物質(zhì)的組成與構(gòu)成物質(zhì)是構(gòu)成世界萬物最基本的要素，但你是否了解它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)？課程目標(biāo)了解物質(zhì)的基本組成掌握物質(zhì)的構(gòu)成、原子、分子和晶體的基本概念。理解原子結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)原子的基本結(jié)構(gòu)，包括原子核、質(zhì)子、中子和電子。認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵了解化學(xué)鍵的類型、形成過程以及對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響。物質(zhì)的定義占有空間物質(zhì)具有體積，即占據(jù)一定的空間。具有質(zhì)量物質(zhì)具有質(zhì)量，可以用天平測量其質(zhì)量。物質(zhì)的基本組成單位原子物質(zhì)的最小微粒，具有該物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。分子由兩個(gè)或多個(gè)原子通過化學(xué)鍵結(jié)合而成的微粒。離子原子或原子團(tuán)失去或得到電子后形成的帶電微粒。原子的基本結(jié)構(gòu)原子是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒，具有原子核和核外電子兩個(gè)部分。原子核位于原子的中心，帶正電荷，由質(zhì)子和中子組成。核外電子帶負(fù)電荷，圍繞原子核運(yùn)動(dòng)。原子的結(jié)構(gòu)模型原子模型是科學(xué)家們對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種理論解釋。從道爾頓的實(shí)心球模型到湯姆遜的葡萄干布丁模型，再到盧瑟福的核式模型和玻爾的電子層模型，原子模型不斷發(fā)展，揭示了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，但同時(shí)越來越精確。元素的分類金屬元素大部分元素，具有光澤、延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等非金屬元素通常沒有金屬光澤、不延展、不導(dǎo)電、導(dǎo)熱性差類金屬元素性質(zhì)介于金屬和非金屬之間，導(dǎo)電性隨溫度升高而增強(qiáng)原子的構(gòu)成原子核質(zhì)子（帶正電）中子（不帶電）核外電子電子（帶負(fù)電）原子核的構(gòu)成質(zhì)子中子原子核主要由質(zhì)子和中子組成，質(zhì)子帶正電，中子不帶電。質(zhì)子和中子的性質(zhì)1質(zhì)子帶正電荷，質(zhì)量約為1.6726×10^-27kg。2中子不帶電，質(zhì)量略大于質(zhì)子，約為1.6749×10^-27kg。電子的性質(zhì)帶負(fù)電電子帶負(fù)電荷，其電荷量為-1.602×10-19庫侖。質(zhì)量極小電子的質(zhì)量約為9.109×10-31千克，比質(zhì)子和中子輕得多。運(yùn)動(dòng)速度快電子在原子核外高速運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度接近光速。能量量子化電子在原子核外只能占據(jù)特定的能級(jí)，這些能級(jí)是量子化的。原子的電子排布1電子層電子按照能量高低，分層排布，由內(nèi)向外分別為K、L、M、N…層。2電子亞層每個(gè)電子層又分為若干電子亞層，分別用s、p、d、f表示，能量依次升高。3電子軌道每個(gè)電子亞層包含若干個(gè)電子軌道，每個(gè)軌道最多容納2個(gè)電子。電子層和電子軌道1電子層電子在原子核外空間運(yùn)動(dòng)，并非雜亂無章，而是按照一定的能量層級(jí)分布，這些能量層級(jí)被稱為電子層。2電子軌道每個(gè)電子層都包含一個(gè)或多個(gè)電子軌道，電子軌道是電子運(yùn)動(dòng)的區(qū)域，每個(gè)軌道只能容納兩個(gè)電子。3能級(jí)每個(gè)電子層都有一個(gè)特定的能量值，離原子核越遠(yuǎn)的電子層，能量越高，稱為能級(jí)。化學(xué)鍵的形成1原子間的相互作用原子通過相互作用形成化學(xué)鍵2穩(wěn)定性形成化學(xué)鍵使原子更穩(wěn)定3物質(zhì)結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)離子鍵的形成電子轉(zhuǎn)移金屬原子失去電子，形成帶正電的陽離子；非金屬原子得到電子，形成帶負(fù)電的陰離子。靜電吸引帶相反電荷的離子相互吸引，形成離子鍵，構(gòu)成離子化合物。穩(wěn)定結(jié)構(gòu)離子化合物通過離子鍵結(jié)合，形成穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵的形成1原子間相互作用兩個(gè)原子互相靠近，外層電子發(fā)生相互作用。2電子云重疊當(dāng)原子核間的距離減小到一定程度時(shí)，原子軌道發(fā)生重疊，電子云相互交融。3共享電子對(duì)重疊的原子軌道中，兩個(gè)原子共用一對(duì)電子，形成共價(jià)鍵。金屬鍵的形成1自由電子金屬原子最外層電子易于脫離原子核的束縛，形成自由電子2電子云自由電子在金屬晶體中自由移動(dòng)，形成電子云3金屬鍵金屬陽離子與電子云之間的相互作用，稱為金屬鍵氫鍵的形成1極性分子氫鍵形成于極性分子之間2氫原子氫原子與電負(fù)性強(qiáng)的原子形成共價(jià)鍵3靜電吸引力氫原子與另一個(gè)電負(fù)性強(qiáng)的原子之間存在靜電吸引力分子的結(jié)構(gòu)分子是由兩個(gè)或多個(gè)原子通過化學(xué)鍵結(jié)合形成的。原子通過共價(jià)鍵形成分子，共價(jià)鍵是由兩個(gè)原子共享電子對(duì)而形成的。例如，水分子是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子通過共價(jià)鍵結(jié)合形成的。分子的結(jié)構(gòu)是指原子在分子中排列方式和化學(xué)鍵的連接方式。分子的結(jié)構(gòu)決定了分子的性質(zhì)，例如，分子的形狀、極性、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等。分子的結(jié)構(gòu)可以通過不同的方法來確定，例如，X射線衍射、電子衍射、核磁共振等。分子的極性極性分子當(dāng)分子中不同原子對(duì)共用電子對(duì)的吸引力不同，就會(huì)產(chǎn)生極性，形成正負(fù)極。非極性分子如果分子中各個(gè)原子對(duì)共用電子對(duì)的吸引力相同，或者即使有差異，但分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱，則不會(huì)產(chǎn)生極性。晶體的構(gòu)成周期性排列晶體是由大量原子、離子或分子以規(guī)則的、周期性的方式排列而成的?？臻g點(diǎn)陣晶體內(nèi)部的原子或離子在空間上的排列可以抽象地用空間點(diǎn)陣來表示，稱為晶格。晶胞晶胞是晶格中最小的重復(fù)單元，可以完整地反映出晶體結(jié)構(gòu)的特征。晶體的分類1按化學(xué)鍵類型分類離子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體、分子晶體2按結(jié)構(gòu)特征分類簡單立方、體心立方、面心立方、六方密堆積晶體的性質(zhì)高硬度晶體具有高度規(guī)則的排列，使其具有較高的硬度和強(qiáng)度。例如，鉆石是世界上最硬的天然物質(zhì)。規(guī)則的幾何形狀晶體具有固定的幾何形狀，例如立方體、六角形等，這與晶體內(nèi)部的原子排列密切相關(guān)。各向異性晶體的物理性質(zhì)，如導(dǎo)電率、光學(xué)性質(zhì)等，在不同方向上可能不同，這稱為各向異性。無定形固體無定形固體，也稱為非晶態(tài)固體，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)無規(guī)律排列，不具有規(guī)則的幾何外形，也沒有固定的熔點(diǎn)。常見的無定形固體包括玻璃、橡膠、塑料等。這些物質(zhì)在加熱時(shí)，不會(huì)像晶體那樣在固定溫度下熔化，而是逐漸軟化，最終變成液體。物質(zhì)的狀態(tài)變化固態(tài)固態(tài)物質(zhì)具有固定的形狀和體積，分子排列緊密，相互作用力強(qiáng)。液態(tài)液態(tài)物質(zhì)沒有固定的形狀，但具有固定的體積，分子排列較松散，相互作用力較弱。氣態(tài)氣態(tài)物質(zhì)沒有固定的形狀和體積，分子排列十分松散，相互作用力很弱。相變的基本規(guī)律吸熱固體熔化、液體汽化、固體升華都是吸熱過程，需要吸收能量才能發(fā)生。放熱氣體液化、液體凝固、氣體凝華都是放熱過程，在發(fā)生時(shí)會(huì)釋放能量?？赡嫖镔|(zhì)的狀態(tài)變化是可逆的，例如水可以凝固成冰，冰也可以熔化成水。相圖及其應(yīng)用相圖是表示物質(zhì)在不同溫度和壓力下存在狀態(tài)的圖形。相圖可以幫助我們預(yù)測物質(zhì)在特定條件下的相態(tài)變化，以及如何控制這些變化。相圖在化學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如：預(yù)測物質(zhì)在特定溫度和壓力下的相態(tài)，設(shè)計(jì)合成新的材料，以及優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)流程。化學(xué)式與化學(xué)式計(jì)算化學(xué)式用元素符號(hào)和數(shù)字表示物質(zhì)組成的式子。例如，水是H?O，代表一個(gè)水分子由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子構(gòu)成。化學(xué)式計(jì)算根據(jù)化學(xué)式，可以計(jì)算物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量、元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等。例如，水的相對(duì)分子質(zhì)量為18，氫元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.11%?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式用化學(xué)式表示化學(xué)反應(yīng)的式子，可以用來計(jì)算反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量關(guān)系。結(jié)論與總結(jié)1物質(zhì)的組成物質(zhì)是由原子組成的，原子是物質(zhì)的基本組成單位。2原子的結(jié)構(gòu)原子由原子核和電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成。3化學(xué)鍵原子之間通過化學(xué)鍵結(jié)合形成分子或晶體。4物質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)存在于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)，物質(zhì)狀態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)化。課后思考題1.物質(zhì)是由什么組成的？2.