复习笔记：物质与原子结构

这份笔记一次处理物质与原子结构一章的一条内容标准，让你能逐部分复习、并核对你是否掌握了评分方案所期望的定义。把它放在历年题旁边，用它来核实你的答案。

这一章是整个 SPM化学 的基础：后面每一个观念，从化学键到元素周期表，都建立在这里所构建的原子图像之上。

2.1 物质与物质动理论

物质是任何具有质量并占据空间的东西，它由微小、分立的粒子构成，原子、分子或离子。物质动理论指出，这些粒子一直在运动、拥有动能，而且温度越高，它们运动得越快、越剧烈。

三态。 在固体中，粒子紧密排列成有序结构，被强作用力束缚，只在固定位置振动，因此固体有固定的形状和固定的体积。在液体中，粒子仍然靠得很近但不整齐，被较弱的作用力束缚，能彼此滑动，因此液体有固定的体积，但形状随容器而定。在气体中，粒子相距很远、排列杂乱，彼此间的作用力可忽略，并以高速自由运动，因此气体既没有固定的形状，也没有固定的体积。

扩散，粒子从浓度较高的区域移向浓度较低的区域，是物质由运动粒子构成这一点的日常证据。扩散在气体中最快、在固体中最慢，并随温度升高而加快。

2.2 物质状态的变化

当物质被加热或冷却时，三态之间相互转化；这些是物理变化。熔化（固体到液体）发生在熔点；凝固（液体到固体）发生在凝固点；沸腾（液体到气体）发生在沸点；凝结使气体回到液体；升华则使固体直接变为气体（例如碘和干冰）。

加热曲线。 当固体被稳定加热时，它的温度上升，直到达到熔点，此时即使仍在供热，温度仍保持不变。这一水平段之所以出现，是因为热能被用来克服束缚粒子于晶格中的吸引力，而不是用来提高它们的动能。熔化一旦完成，温度便再次上升。

冷却曲线显示相反的过程：在凝固点出现一段水平段，因为随着吸引力重新形成而释放热量，所以在液体凝固期间温度保持恒定。能够读出这些水平段、并用粒子与能量来解释它们，是本章最稳定被考的技能之一。

2.3 原子模型的发展

原子模型不是一次发现的；它随着新证据的出现而被多位科学家不断修正，课程标准要你把他们的贡献排序。

• 道尔顿（Dalton），原子是微小、不可分割的实心球。
• 汤姆孙（Thomson），发现电子，并提出「梅子布丁」模型：一个带正电的球，其中嵌着电子。
• 卢瑟福（Rutherford），提出有核模型：中央有一个小而致密、带正电的原子核，电子在其周围运动，原子的大部分是空的空间。
• 玻尔（Bohr），电子在固定的电子层（能级）中绕核运动。
• 查德威克（Chadwick），在原子核中发现中子。

2.4 原子结构与亚原子粒子

原子由中央的原子核（含质子与中子）以及占据电子层的电子构成。三种亚原子粒子的相对质量与相对电荷各不相同：

• 质子： 相对质量 1，相对电荷 +1，位于原子核内。
• 中子： 相对质量 1，相对电荷 0，位于原子核内。
• 电子： 相对质量 1/1840（实际上可忽略），相对电荷 −1，位于电子层中。

由于中性原子的质子数与电子数相等，它们的电荷互相抵消，原子不带净电荷。原子几乎全部的质量都集中在原子核里。

2.5 质子数、核子数与同位素

质子数（也称原子序数）是原子核内质子的数目；它决定元素，并且在中性原子里等于电子数。核子数（质量数）是质子与中子的总数。

由此可得，中子数等于核子数减去质子数。

同位素。 同位素是质子数相同但核子数不同的同一元素的原子，也就是质子数相同、中子数不同。由于电子排布相同，一种元素的各同位素具有相同的化学性质；由于质量不同，它们的物理性质（如密度）不同。常见的例子是碳的同位素和氯的同位素。

同位素有实际用途，例如在医学（放疗与诊断）、在考古（碳定年）以及在工业中，考试有时会要你概括地描述。

2.6 原子的电子排布

电子在绕核的电子层（能级）中排列，并先填满最内层。对前二十个元素而言，第一层最多容纳 2 个电子，第二层 8 个，第三层 8 个。

排布以点分隔各层写出，例如，有 11 个电子的原子，其排布为 2.8.1。

最外层已填电子层中的电子是价电子；它们决定元素的化学行为。已填电子层的数目告诉你周期，价电子的数目告诉你在周期表中的族，这正是通往下一章的直接连接。

如何使用这份笔记

一次复习一条内容标准，并通过大声解释来自我测验。对 2.1，画出每种状态中粒子的排列并列出其性质。

对 2.2，画一条加热曲线并解释两段水平段。对 2.3，把科学家按顺序排列，每人配一项贡献。

对 2.4，把三种粒子的相对质量与电荷列成表。对 2.5，练习从两个数字求中子、并精确地定义同位素。

对 2.6，为前二十个元素写电子排布，直到做到自动。一位一对一老师可以检查你的加热曲线解释是否谈到了作用力与能量、而不只是「热」，那正是本章里分数最常悄悄溜走的一处。

然后去做练习题，并按上面的定义批改你的答案。