物质与原子——怎样读元素周期表

1.原子的结构

一切物质都由叫作原子的极小粒子构成。原子的中心是原子核，由带（+）电荷的质子和不带电的中子组成，周围是带（−）电荷的电子。原子中质子数与电子数相等，所以整体呈电中性。

与整个原子相比，原子核非常小，原子的大小是原子核的几万倍以上。尽管如此，原子的质量几乎全部集中在原子核上。因为一个质子的质量约为电子的1836倍。

教科书里把原子画成行星绕太阳转的样子，是帮助理解的模型。现代科学的解释是：电子并不是沿固定轨道运行的小球，而是以一种只能用“出现在原子核周围某处的概率”来描述的状态存在。不过，把电子分配到各个电子层上的模型，在解释化学性质时仍然很有用。

2.元素、化合物与混合物

元素是不能再分解成其他物质的基本成分。像氢、氧、碳、铁那样，只由同一种原子构成。目前已知的元素有118种，其中在自然界中发现的只是一部分，其余是在实验室中合成的。

化合物是由两种或两种以上元素按一定比例化学结合而成的物质。水（H₂O）由氢和氧按2 : 1的个数比结合，食盐的主要成分氯化钠（NaCl）由钠和氯按1 : 1结合。化合物的性质与组成它的元素完全不同。钠是能与水剧烈反应的金属，氯是有毒的气体，但两者结合成的氯化钠就是我们吃的盐。

混合物是两种或两种以上的物质没有发生化学结合、只是混在一起的东西。盐水、空气、牛奶、泥土都是混合物。它们的混合比例不固定，各成分仍保留原来的性质，所以可以用蒸发、过滤、蒸馏等物理方法分离。把海水蒸发得到盐，就是一个例子。

3.读懂元素周期表

元素周期表把元素按原子序数排列，并让性质相似的元素落在同一竖列。横行叫周期（第1~7周期），竖列叫族（第1~18族）。每一格通常写有原子序数、元素符号、元素名称和相对原子质量。

同一周期的元素，电子所占的电子层数相同；同一族的元素，最外层电子数（价电子数）相同。参与化学反应的主要就是这些最外层电子，所以同族元素性质相似。

周期表的左边和中间多为金属，右上方多为非金属。第1族的锂、钠、钾是活泼性很强的金属（氢虽在第1族，却是非金属），第17族的氟、氯是活泼性很强的非金属，第18族的氦、氖、氩是几乎不发生反应的稀有气体。手机电池里用的锂是第1族金属，这一点也值得记住。

4.离子与同位素

原子失去或得到电子后，质子数和电子数不再相等，就带上了电荷，这叫离子。失去电子会成为带（+）电荷的阳离子，得到电子会成为带（−）电荷的阴离子。这时改变的只有电子数，质子数不变，所以变成离子后，元素的种类并不改变。

反过来，也有质子数相同而中子数不同的原子，它们叫同位素。质子数相同，所以是同一种元素，化学性质也几乎相同，但质量数不同。碳除了碳-12和碳-13之外，还有放射性同位素碳-14；碳-14以固定速度减少的性质，被用来推算古代文物的年代。元素周期表上的相对原子质量不是整数，就是因为它是多种同位素混合后的平均值。

5.物质的状态与物态变化

物质通常以固态、液态、气态三种状态存在。固体的粒子只在原位振动，形状和体积都固定；液体的粒子可以相互换位，体积固定，但形状随容器而变；气体的粒子自由运动，形状和体积都不固定。

状态改变时，粒子本身不变，变的只是粒子间的距离和排列方式，所以物态变化不是化学变化，而是物理变化。冰、水、水蒸气都是同样的水分子。在1个标准大气压下，水在0 °C结冰，在100 °C沸腾。在高山上气压低，水在低于100 °C的温度就会沸腾。

物态变化时会有热量进出。熔化和汽化时吸热，凝固和液化时放热。夏天往院子里洒水会变凉快、汗水蒸发能降低体温，都是因为蒸发时吸收周围的热量。冰箱和空调也利用了制冷剂蒸发时吸热的性质。