《物质结构》思维导图
《物质结构》思维导图
一、原子结构
1. 原子核
1.1 质子 (Proton)
- 带正电荷 (+1e)
- 质量约 1 amu (原子质量单位)
- 决定元素种类（原子序数）
- 位于原子核内
1.2 中子 (Neutron)
- 不带电荷
- 质量约 1 amu
- 稳定原子核，影响同位素
- 位于原子核内
1.3 核力 (Nuclear Force)
- 强相互作用力
- 克服质子间的静电斥力
- 维持原子核的稳定
2. 核外电子 (Electrons)
2.1 负电荷 (-1e)
- 质量极小，约为质子的 1/1836
- 决定原子的化学性质
- 围绕原子核高速运动
2.2 电子层 (Electron Shells)
- K (n=1), L (n=2), M (n=3), ...
- 主量子数 (n) 决定电子层能量
- 能量越高，离原子核越远
2.3 亚层 (Subshells)
- s, p, d, f
- 角量子数 (l) 决定亚层形状
- s: 球形 (l=0)
- p: 哑铃形 (l=1)
- d: 更复杂形状 (l=2)
- f: 更复杂形状 (l=3)
2.4 原子轨道 (Atomic Orbitals)
- 磁量子数 (ml) 决定原子轨道在空间的取向
- 每个轨道最多容纳 2 个电子
- 自旋量子数 (ms) 决定电子的自旋方向 (+1/2, -1/2)
2.5 电子排布 (Electron Configuration)
- 能量最低原理：电子先填充能量最低的轨道
- 泡利不相容原理：同一个原子轨道上的两个电子自旋方向相反
- 洪特规则：电子优先占据能量相同的轨道，且自旋方向相同
3. 价电子 (Valence Electrons)
二、化学键
1. 离子键 (Ionic Bond)
- 金属与非金属之间
- 电子转移 (Electron Transfer)
- 形成带相反电荷的离子
- 静电吸引力 (Electrostatic Attraction)
- 形成离子化合物 (e.g., NaCl)
- 高熔点、高沸点、易溶于水
2. 共价键 (Covalent Bond)
- 非金属之间
- 电子共享 (Electron Sharing)
- 形成共价分子 (e.g., H2O, CH4)
- 键的极性 (Bond Polarity)
- 非极性共价键：原子电负性相同 (e.g., H2, Cl2)
- 极性共价键：原子电负性不同 (e.g., HCl, H2O)
- 键的强度 (Bond Strength)
- 单键、双键、三键 (Single, Double, Triple Bonds)
- 键级越高，键长越短，键能越大
- 配位键 (Coordinate Covalent Bond)：一方提供电子对，另一方提供空轨道 (e.g., NH4+)
3. 金属键 (Metallic Bond)
- 金属原子之间
- 价电子离域 (Delocalized Electrons)
- 形成“电子海” (Electron Sea)
- 金属阳离子浸泡在电子海中
- 良好的导电性、导热性、延展性
4. 分子间作用力 (Intermolecular Forces)
4.1 范德华力 (Van der Waals Forces)
- 弱相互作用力
- 存在于所有分子之间
- 包括：
- 伦敦色散力 (London Dispersion Force)：瞬时偶极矩
- 偶极-偶极作用力 (Dipole-Dipole Interaction)：极性分子之间
- 偶极-诱导偶极作用力 (Dipole-Induced Dipole Interaction)
- 影响物质的熔点、沸点
4.2 氢键 (Hydrogen Bond)
- 强分子间作用力
- H 原子与电负性强的原子 (N, O, F) 之间的作用力
- 影响水的物理性质 (高沸点，表面张力)
- 存在于生物大分子 (DNA, 蛋白质) 中，维持其结构
三、物质的聚集状态
1. 固态 (Solid)
- 分子排列紧密，有固定形状和体积
- 晶体 (Crystalline): 原子有规则排列，有熔点
- 离子晶体 (Ionic Crystals): 离子键
- 分子晶体 (Molecular Crystals): 分子间作用力
- 原子晶体 (Atomic Crystals): 共价键
- 金属晶体 (Metallic Crystals): 金属键
- 非晶体 (Amorphous): 原子排列无序，无熔点 (软化)
2. 液态 (Liquid)
- 分子排列较松散，无固定形状，有固定体积
- 分子间作用力较弱，分子可以流动
- 表面张力、粘度
3. 气态 (Gas)
- 分子排列极松散，无固定形状和体积
- 分子间作用力极弱，分子自由运动
- 可压缩性、可扩散性
4. 等离子态 (Plasma)
- 高温下，原子电离，形成带电粒子 (离子和电子)
- 导电性强，受电磁场影响
- 存在于宇宙空间、核反应堆中
四、物质的分类
1. 纯净物 (Pure Substances)
- 由一种物质组成
- 有固定的组成和性质
- 元素 (Elements)：由同种原子组成 (e.g., O2, Fe)
- 化合物 (Compounds)：由不同种原子以固定比例组成 (e.g., H2O, NaCl)
2. 混合物 (Mixtures)
- 由两种或多种物质组成
- 没有固定的组成和性质
- 均匀混合物 (Homogeneous Mixtures)：组成均匀，各部分性质相同 (e.g., 溶液、空气)
- 非均匀混合物 (Heterogeneous Mixtures)：组成不均匀，各部分性质不同 (e.g., 悬浊液、乳浊液)
五、结构决定性质
- 原子结构决定元素的性质
- 化学键决定化合物的性质
- 聚集状态决定物质的宏观性质
- 结构与性质之间的关系是化学研究的核心内容
