一 物质的组成
大自然中 所有的物质都是由以下几种基本粒子组成
1,分子:
分子是由组成的原子按照一定的健合顺序和空间排列而结合在一起的整体,这种键合顺序和空间排列关系称为分子结构。由于分子内原子间的相互作用,分子的物理和化学性质不仅取决于组成原子的种类和数目,更取决于分子的结构。
-----1、大多数非金属单质 如氧气、氢气、硫、磷等
-----2、共价化合物(一般是非金属元素与非金属元素形成的化合物)如 水、氨气等
2,原子:原子(atom)指化学反应不可再分的基本微粒,原子在化学反应中不可分割。但在物理状态中可以分割。原子由原子核和绕核运动的电子组成。原子构成一般物质的最小单位,称为元素。已知的元素有119种,原子核中的质子数决定了该原子属于哪一种元素。
-----1、少数非金属单质 如碳、硅等
-----2、金属单质 如铁、铜等
-----3、稀有气体单质 如氦气等
原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个正原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。而负原子的原子核带负电,周围的负电子带正电。正原子的原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。负原子原子核中的反质子带负电,从而使负原子的原子核带负电。当质子数与电子数相同时,这个原子就是电中性的;否则,就是带有正电荷或者负电荷的离子。根据质子和中子数量的不同,原子的类型也不同:质子数决定了该原子属于哪一种元素,而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素。原子构成分子而分子组成物质中同种电荷相互排斥,不同种电荷相互吸引。
(1)原子核
原子核(atomic nucleus)简称“核”。位于原子的核心部分,由质子和中子两种微粒构成。构成原子核的质子和中子之间存在介子,以传递 原子核内巨大的吸引力-强力,强力比电磁力强137倍, 故能克服质子之间所带正电荷的电磁斥力而结合成原子核。
(11)质子:质子(proton)是一种带 1.6 × 10-19 库仑(C)正电荷的亚原子粒子。质子属于重子类,由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在 强相互作用下构成。原子核中质子数目决定其化学性质和它属于何种化学元素。
(22)反质子:质量及自旋与质子相同,但电荷及磁矩则与质子相反,带有与电子相同的负电荷。寿命也与质子相当。一个反质子是由两个上 反夸克及一个下反夸克所组成。虽然反质子本身是稳定的,但由于反质子与质子接触会发生湮灭的现象,并且转化为能量,是 故反粒子无法在一般的自然环境中保存。
(33)中子:中子(Neutron)是组成原子核的核子之一。中子是组成原子核构成化学元素不可缺少的成分(注意:氕原子不含中子),虽然 原子的化学性质是由核内的质子数目确定的,但是如果没有中子,由于带正电荷质子间的排斥力(质子带正电,中子不带电),就不可 能构成除只有一个质子的氢之外的其他元素。中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。
(44)介子:介子的发现是从核力的研究开始的。两个荷电粒子间的力是由场引起的。从波粒二象性的观点,电磁场是光子。因此,两个荷电 粒子之间的作用力是通过光子的交换来实现的。可以这样设想:第一个荷电粒子放出光子被第二个吸收,而第一个荷电粒子的作用和光 子同时传到第二个粒子;第二个荷电粒子也放出光子被第一个吸收,如此继续下去。把这种观点应用到核子之间的作用力上去,根据实 验测得的核力强度,计算的结果表明,如果核力是由于核子之间交换粒子而产生的话,那么这种粒子的静止质量的大小约为电子静止质 量的200到300倍。1947年从宇宙射线发现的π介子符合这种要求。
(2)电子
电子(electron)是带负电的亚原子粒子。它可以是自由的(不属于任何原子),也可以被原子核束缚。原子中的电子在各种各样的半径和 描述能量级别的球形壳里存在。球形壳越大,包含在电子里的能量越高。
在电导体中,电流由电子在原子间的独立运动产生,并通常从电极的阴极到阳极。在半导体材料中,电流也是由运动的电子产生的。但有 时候,将电流想象成从原子到原子的缺电子运动更具有说明性。半导体里的缺电子的原子被称为空穴(hole)。通常,空穴从电极的正极" 移动"到负极。物质的基本构成单位——原子是由电子、中子和质子三者共同组成。中子不带电,质子带正电,原子对外不显电性。相对于 中子和质子组成的原子核,电子的质量极小。质子的质量大约是电子的1840倍。
当电子脱离原子核束缚在其它原子中自由移动时,其产生的净流动现象称为电流。
各种原子束缚电子能力不一样,于是就由于失去电子而变成正离子,得到电子而变成负离子。
静电是指当物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡的情况。当电子过剩时,称为物体带负电;而电子不足时,称 为物体带正电。当正负电量平衡时,则称物体是电中性的。静电在我们日常生活中有很多应用方法,其中例子有激光打印机。
3,离子:在化学反应中,金属元素原子失去最外层电子,非金属原子得到电子,从而使参加反应的原子或原子团带上电荷。带电荷的原子叫做离子,带正电荷的原子叫做阳离子,带负电荷的原子叫做阴离子。阴、阳离子由于静电作用而形成不带电性的化合物。
与分子、原子一样,离子也是构成物质的基本粒子。如氯化钠就是由氯离子和钠离子构成的。
-----1、凡是能单独拿出一个的原子组合可称为分子(稀有气体是单原子分子),如CO2、H2O、H2SO4、CH4等等;
-----2、金属单质均为原子构成,不称分子;
-----3、高中阶段,你凡是看到含金属离子或铵根的全部盐类均可称为离子化合物,它们不存在所谓的“分子”
二,物质的性质
1,物理性质:指物质没有发生化学反应就表现出来的性质叫做物理性质。物质的物理性质如:颜色、气味、状态、是否易融化、凝固、升华、挥发,还有些性质如熔点、沸点、硬度、导电性、导热性、延展性等,可以利用仪器测知。还有些性质,通过实验室获得数据,计算得知,如溶解性、密度等。在实验前后物质都没有发生改变。这些性质都属于物理性质。
2,化学性质:物质在发生化学变化时才表现出来的性质叫做化学性质。如:可燃性、稳定性、酸性、碱性、氧化性、还原性、助燃性、腐蚀性、毒性、脱水性等。它牵涉到物质分子(或晶体)化学组成的改变。
扩展概念:
物理反应:物理反应是指物质的状态或存在的形式发生了改变,而物质本身的性质没有变化。如固态,液态,气态。
化学反应:指分子破裂成原子,原子重新排列组合成新分子的过程。
--------------------------------------------
守恒定律
指在自然界中某种物理量的值恒定不变的规律。
能量守恒定律
定律简介
(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有机械能、分子的运动具有核能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等。
(2)不同形式的能量之间可以相互转化:“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且是通过做功来完成的这一转化过程。
(3)某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等.某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。
表达形式
保守力学系统:在只有保守力做功的情况下,系统能量表现为机械能(动能和位能/势能),能量守恒具体表达为机械能守恒定律。
热力学系统:能量表达为内能,热量和功,能量守恒的表达形式是热力学第一定律。
核力学系统:在核聚变、核裂变过程中,产生大量能量的同时,有大量的粒子射出,所以物体的质量在减少。如果核聚变、核裂变的过程可逆,那么就需要大量的粒子和大量的能量来构成核聚变、核裂变的逆变过程。核聚变与核聚变逆变、核裂变与核裂变逆变之间,它们的能量是守恒、质量也是守恒。
总的流进系统的能量必等于总的从系统中流出的能量加上系统内部能量的变化,能量能够转换,从一种形态转变成另一种形态。
系统中储存能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的能量。
重要意义
能量守恒定律,是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物,大到宇宙天体。小到原子核内部,只要有能量转化,就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术,这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量,如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用,都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
定律的三种表述
永动机不能造成,能量的转化和守恒定律及热力学第一定律。这三种表述在文献中是这样叙述的:“热力学第一定律就是能量守恒定律。”“根据能量守恒定律,……所谓永动机是一定造不成的。反过来,由永动机的造不成也可导出能量守恒定律。”这里不难看出,三种表述是完全等价的。但笔者认为,这种等价是现代人赋予它们的现代价值,若从历史发展的角度来考查就会发现,三种表述另有它连续性的一面,但还有差异性的一面。这种差异反映了人类认识定律的不同阶段。
动量守恒定律
一个系统不受外力或和外力为零,该系统的动量保持不变。即Δp1=-Δp2
适用范围
1.系统不受外力
2.系统受外力,但外力和为零
3.系统受外力,但内力远大于外力,如碰撞、爆炸
4.系统受外力且和外力不为零,但某一方向上和外力为零,则该方向上动量守恒
大自然中 所有的物质都是由以下几种基本粒子组成
1,分子:
分子是由组成的原子按照一定的健合顺序和空间排列而结合在一起的整体,这种键合顺序和空间排列关系称为分子结构。由于分子内原子间的相互作用,分子的物理和化学性质不仅取决于组成原子的种类和数目,更取决于分子的结构。
-----1、大多数非金属单质 如氧气、氢气、硫、磷等
-----2、共价化合物(一般是非金属元素与非金属元素形成的化合物)如 水、氨气等
2,原子:原子(atom)指化学反应不可再分的基本微粒,原子在化学反应中不可分割。但在物理状态中可以分割。原子由原子核和绕核运动的电子组成。原子构成一般物质的最小单位,称为元素。已知的元素有119种,原子核中的质子数决定了该原子属于哪一种元素。
-----1、少数非金属单质 如碳、硅等
-----2、金属单质 如铁、铜等
-----3、稀有气体单质 如氦气等
原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个正原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。而负原子的原子核带负电,周围的负电子带正电。正原子的原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。负原子原子核中的反质子带负电,从而使负原子的原子核带负电。当质子数与电子数相同时,这个原子就是电中性的;否则,就是带有正电荷或者负电荷的离子。根据质子和中子数量的不同,原子的类型也不同:质子数决定了该原子属于哪一种元素,而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素。原子构成分子而分子组成物质中同种电荷相互排斥,不同种电荷相互吸引。
(1)原子核
原子核(atomic nucleus)简称“核”。位于原子的核心部分,由质子和中子两种微粒构成。构成原子核的质子和中子之间存在介子,以传递 原子核内巨大的吸引力-强力,强力比电磁力强137倍, 故能克服质子之间所带正电荷的电磁斥力而结合成原子核。
(11)质子:质子(proton)是一种带 1.6 × 10-19 库仑(C)正电荷的亚原子粒子。质子属于重子类,由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在 强相互作用下构成。原子核中质子数目决定其化学性质和它属于何种化学元素。
(22)反质子:质量及自旋与质子相同,但电荷及磁矩则与质子相反,带有与电子相同的负电荷。寿命也与质子相当。一个反质子是由两个上 反夸克及一个下反夸克所组成。虽然反质子本身是稳定的,但由于反质子与质子接触会发生湮灭的现象,并且转化为能量,是 故反粒子无法在一般的自然环境中保存。
(33)中子:中子(Neutron)是组成原子核的核子之一。中子是组成原子核构成化学元素不可缺少的成分(注意:氕原子不含中子),虽然 原子的化学性质是由核内的质子数目确定的,但是如果没有中子,由于带正电荷质子间的排斥力(质子带正电,中子不带电),就不可 能构成除只有一个质子的氢之外的其他元素。中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。
(44)介子:介子的发现是从核力的研究开始的。两个荷电粒子间的力是由场引起的。从波粒二象性的观点,电磁场是光子。因此,两个荷电 粒子之间的作用力是通过光子的交换来实现的。可以这样设想:第一个荷电粒子放出光子被第二个吸收,而第一个荷电粒子的作用和光 子同时传到第二个粒子;第二个荷电粒子也放出光子被第一个吸收,如此继续下去。把这种观点应用到核子之间的作用力上去,根据实 验测得的核力强度,计算的结果表明,如果核力是由于核子之间交换粒子而产生的话,那么这种粒子的静止质量的大小约为电子静止质 量的200到300倍。1947年从宇宙射线发现的π介子符合这种要求。
(2)电子
电子(electron)是带负电的亚原子粒子。它可以是自由的(不属于任何原子),也可以被原子核束缚。原子中的电子在各种各样的半径和 描述能量级别的球形壳里存在。球形壳越大,包含在电子里的能量越高。
在电导体中,电流由电子在原子间的独立运动产生,并通常从电极的阴极到阳极。在半导体材料中,电流也是由运动的电子产生的。但有 时候,将电流想象成从原子到原子的缺电子运动更具有说明性。半导体里的缺电子的原子被称为空穴(hole)。通常,空穴从电极的正极" 移动"到负极。物质的基本构成单位——原子是由电子、中子和质子三者共同组成。中子不带电,质子带正电,原子对外不显电性。相对于 中子和质子组成的原子核,电子的质量极小。质子的质量大约是电子的1840倍。
当电子脱离原子核束缚在其它原子中自由移动时,其产生的净流动现象称为电流。
各种原子束缚电子能力不一样,于是就由于失去电子而变成正离子,得到电子而变成负离子。
静电是指当物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡的情况。当电子过剩时,称为物体带负电;而电子不足时,称 为物体带正电。当正负电量平衡时,则称物体是电中性的。静电在我们日常生活中有很多应用方法,其中例子有激光打印机。
3,离子:在化学反应中,金属元素原子失去最外层电子,非金属原子得到电子,从而使参加反应的原子或原子团带上电荷。带电荷的原子叫做离子,带正电荷的原子叫做阳离子,带负电荷的原子叫做阴离子。阴、阳离子由于静电作用而形成不带电性的化合物。
与分子、原子一样,离子也是构成物质的基本粒子。如氯化钠就是由氯离子和钠离子构成的。
-----1、凡是能单独拿出一个的原子组合可称为分子(稀有气体是单原子分子),如CO2、H2O、H2SO4、CH4等等;
-----2、金属单质均为原子构成,不称分子;
-----3、高中阶段,你凡是看到含金属离子或铵根的全部盐类均可称为离子化合物,它们不存在所谓的“分子”
二,物质的性质
1,物理性质:指物质没有发生化学反应就表现出来的性质叫做物理性质。物质的物理性质如:颜色、气味、状态、是否易融化、凝固、升华、挥发,还有些性质如熔点、沸点、硬度、导电性、导热性、延展性等,可以利用仪器测知。还有些性质,通过实验室获得数据,计算得知,如溶解性、密度等。在实验前后物质都没有发生改变。这些性质都属于物理性质。
2,化学性质:物质在发生化学变化时才表现出来的性质叫做化学性质。如:可燃性、稳定性、酸性、碱性、氧化性、还原性、助燃性、腐蚀性、毒性、脱水性等。它牵涉到物质分子(或晶体)化学组成的改变。
扩展概念:
物理反应:物理反应是指物质的状态或存在的形式发生了改变,而物质本身的性质没有变化。如固态,液态,气态。
化学反应:指分子破裂成原子,原子重新排列组合成新分子的过程。
--------------------------------------------
守恒定律
指在自然界中某种物理量的值恒定不变的规律。
能量守恒定律
定律简介
(1)自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应:物体运动具有机械能、分子的运动具有核能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等。
(2)不同形式的能量之间可以相互转化:“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能;水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起,表明内能转化为机械能;电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化,且是通过做功来完成的这一转化过程。
(3)某种形式的能减少,一定有其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等.某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。
表达形式
保守力学系统:在只有保守力做功的情况下,系统能量表现为机械能(动能和位能/势能),能量守恒具体表达为机械能守恒定律。
热力学系统:能量表达为内能,热量和功,能量守恒的表达形式是热力学第一定律。
核力学系统:在核聚变、核裂变过程中,产生大量能量的同时,有大量的粒子射出,所以物体的质量在减少。如果核聚变、核裂变的过程可逆,那么就需要大量的粒子和大量的能量来构成核聚变、核裂变的逆变过程。核聚变与核聚变逆变、核裂变与核裂变逆变之间,它们的能量是守恒、质量也是守恒。
总的流进系统的能量必等于总的从系统中流出的能量加上系统内部能量的变化,能量能够转换,从一种形态转变成另一种形态。
系统中储存能量的增加等于进入系统的能量减去离开系统的能量。
重要意义
能量守恒定律,是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物,大到宇宙天体。小到原子核内部,只要有能量转化,就一定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、工程技术,这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量,如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用,都是通过能量转化来实现的。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。
定律的三种表述
永动机不能造成,能量的转化和守恒定律及热力学第一定律。这三种表述在文献中是这样叙述的:“热力学第一定律就是能量守恒定律。”“根据能量守恒定律,……所谓永动机是一定造不成的。反过来,由永动机的造不成也可导出能量守恒定律。”这里不难看出,三种表述是完全等价的。但笔者认为,这种等价是现代人赋予它们的现代价值,若从历史发展的角度来考查就会发现,三种表述另有它连续性的一面,但还有差异性的一面。这种差异反映了人类认识定律的不同阶段。
动量守恒定律
一个系统不受外力或和外力为零,该系统的动量保持不变。即Δp1=-Δp2
适用范围
1.系统不受外力
2.系统受外力,但外力和为零
3.系统受外力,但内力远大于外力,如碰撞、爆炸
4.系统受外力且和外力不为零,但某一方向上和外力为零,则该方向上动量守恒