【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 及克的倍數(shù)和分?jǐn)?shù)，作為質(zhì)量單位。嚴(yán)格地說(shuō)，重量應(yīng)該以力的單位來(lái)表示。事實(shí)上，無(wú)論怎么說(shuō)，重量和質(zhì)量之間的區(qū)別常常被忽視。我們常常用到諸如“這個(gè)材料的重量超過(guò)30 g”或者“那個(gè)蘋(píng)果有多重”的表述。溫度：存在三種溫標(biāo)/溫度刻度/度數(shù)，以kelvin為測(cè)量單位的SI溫標(biāo)，以攝氏度為測(cè)量單位的攝氏度溫標(biāo)，和以華氏度為測(cè)量單位的華氏溫標(biāo)。力和壓強(qiáng)壓力單位包括大氣壓、吧、鎊/平方英尺、砣和毫米汞柱。 因次理論法（量綱理論法）和問(wèn)題的解決1. 量綱理論法（1）一個(gè)測(cè)量的數(shù)值應(yīng)該總是與正確的單位一起來(lái)表達(dá)。其中的問(wèn)題是，隨著數(shù)字的計(jì)算變化（被乘、除和刪掉）單位就被精確地乘、除和刪掉。如果一個(gè)問(wèn)題被正確的建立和解決，她就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)答案附帶正確的單位。（2）例如：P. 14.2. 轉(zhuǎn)換因子（1）一個(gè)物理量從一個(gè)單位到另一個(gè)單位的轉(zhuǎn)換通過(guò)由兩個(gè)單位之間的數(shù)值關(guān)系衍生而來(lái)的轉(zhuǎn)換因子來(lái)完成。選擇正確的轉(zhuǎn)換因子允許刪除一些不需要的（unwanted, 多余的/無(wú)用的/不受歡迎的）單位。轉(zhuǎn)換因子或者物理常數(shù)應(yīng)該包括足夠的有效數(shù)字的位數(shù)以致于不影響答案的不確定性。（如果一個(gè)轉(zhuǎn)換因子是一個(gè)精確的數(shù)值，它就能按照盡可能多的需要的有效數(shù)字位數(shù)來(lái)看待）。（2）例如：P. 14.3. 問(wèn)題解決的方法（1）解決一個(gè)問(wèn)題，首先要確定你精確地理解了什么是已知的和什么是未知的。然后試圖找出/計(jì)算出已知的和未知的之間是怎么關(guān)聯(lián)的。特別要注意單位和轉(zhuǎn)換因子。在建立和解決一個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中，要檢查并領(lǐng)會(huì)/明白/保證答案是否以正確的單位呈現(xiàn)。要確定使答案的有效數(shù)字的正確位數(shù)服從/遵守規(guī)則。最后，要保證一個(gè)答案看起來(lái)是否合理。（2）例如：P. 14. 原子和元素1. 元素和元素符號(hào)化學(xué)上不能再分為更簡(jiǎn)單物質(zhì)的那些物質(zhì)歷史上稱(chēng)為元素?；瘜W(xué)元素用一個(gè)或者兩個(gè)現(xiàn)代名稱(chēng)的字母縮寫(xiě)來(lái)表示，或者在一些情況下用它們的早期的拉丁語(yǔ)名稱(chēng)（的字母縮寫(xiě)）。2. 原子所有的物質(zhì)都是由被稱(chēng)為微笑粒子的原子組成，原子本身又由更微笑的粒子組成。一個(gè)原子有一個(gè)密度很大的中心核，或者原子核，包含帶正電荷的質(zhì)子和不帶電荷的中子。極輕的（與dense相比較而言），帶負(fù)電荷的電子占據(jù)著原子核周?chē)粋€(gè)相對(duì)很大的空間。如果一個(gè)原子被擴(kuò)展為一個(gè)我們最大體育館之一的大小，原子核將大約是該（體育館）中心一個(gè)彈子/大理石的尺寸大小。 原子的結(jié)構(gòu)：五個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)1. 陰極射線（cathode ray）：電子e–當(dāng)在一個(gè)氣體放電管的兩個(gè)電極上添加一個(gè)電勢(shì)的時(shí)候，放電管中的氣體就開(kāi)始發(fā)光（輝光放電），而且當(dāng)（氣體的）壓力足夠低的時(shí)候陰極射線就會(huì)從陰極流向陽(yáng)極。這就是人們現(xiàn)在已知的被稱(chēng)為電子的基本的亞原子粒子流（streams of particles）。一個(gè)電子被指認(rèn)為帶一個(gè)相對(duì)單位負(fù)電荷（等于–10–19 C，首次被Millikan確定，10–28 10–4 u，原子質(zhì)量單位1u = 10–27 Kg）。2. 極遂射線（陽(yáng)極射線）：質(zhì)子p+（歐內(nèi)斯特盧瑟福，ca. 用于年代之前，表示大約，Latin circa）（歐內(nèi)斯特盧瑟福爵士（1871—1937），新西蘭物理學(xué)家，被認(rèn)為是核物理學(xué)之父。通過(guò)對(duì)α粒子散射的試驗(yàn)他提出了原子的正電荷和實(shí)際上整個(gè)原子的質(zhì)量都集中在中心核上，同時(shí)他還完成首次物質(zhì)的人工蛻變。1908年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）當(dāng)電子在氣體放電管中流動(dòng)的時(shí)候，它們會(huì)忘帶/留下/丟棄（leave behind）帶正電荷的離子，這些帶正電荷的離子本身以陽(yáng)極射線的形式從陰極流向陽(yáng)極。帶正電荷的H離子是被稱(chēng)為質(zhì)子的基本的亞原子粒子流。質(zhì)子與電子具有相同的電荷但是是正電荷標(biāo)志（一個(gè)相對(duì)單位正電荷），10–24 u。3. α粒子散射：核α粒子是氦的原子核。一些放射性的元素會(huì)自發(fā)衰變而放射極高速度的α粒子。當(dāng)這種粒子轟擊一個(gè)金屬箔片的時(shí)候，其中一些就會(huì)被反射回它們的放射源。盧瑟福（Rutherford）由此推論靶向原子具有一個(gè)密度大的中心核，原子的絕大多數(shù)質(zhì)量和電荷就聚集在這個(gè)中心核上。4. 20年后：中子（詹姆士查德威克爵士（1891—1974），英國(guó)物理學(xué)家，因發(fā)現(xiàn)中子而獲得1935年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）5. X射線光譜：原子序數(shù)從不同元素X射線光譜的研究中，Mosely發(fā)現(xiàn)每種元素產(chǎn)生的波長(zhǎng)與一個(gè)單一量有關(guān)，這個(gè)單一量相對(duì)應(yīng)于這個(gè)原子核中正電荷的單位量（Mosely發(fā)現(xiàn)每種元素產(chǎn)生的波長(zhǎng)與這個(gè)元素原子核中正電荷的單位量有關(guān)）。原子序數(shù)，Z，等于原子核中質(zhì)子的數(shù)量（之和）。1860年俄羅斯化學(xué)家門(mén)捷列夫在為著作《化學(xué)原理》一書(shū)考慮寫(xiě)作計(jì)劃時(shí)，深為無(wú)機(jī)化學(xué)缺乏系統(tǒng)性所困擾。于是，他開(kāi)始搜集每一個(gè)已知元素的性質(zhì)資料和有關(guān)數(shù)據(jù)，把前人在實(shí)踐中所得的成果，凡能找到的都收集在一起。他在研究前人所得成果的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)一些元素除有特性之外還有共性。于是，門(mén)捷列夫開(kāi)始試著排列這些元素。他把每個(gè)元素都建立了一張長(zhǎng)方形紙板卡片。在每一塊長(zhǎng)方形紙板上寫(xiě)上了元素符號(hào)、原子量、元素性質(zhì)及其化合物。然后把它們釘在實(shí)驗(yàn)室的墻上排了又排。經(jīng)過(guò)了一系列的排隊(duì)以后，他發(fā)現(xiàn)了元素化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律性?；舜蠹s20年的功夫，門(mén)捷列夫才終于在1869年發(fā)表了元素周期律。他把化學(xué)元素從雜亂無(wú)章的迷宮中分門(mén)別類(lèi)地理出了一個(gè)頭緒。此外，因?yàn)樗哂泻艽蟮挠職夂托判?，不怕名家指?zé)，不怕嘲諷，勇于實(shí)踐，敢于宣傳自己的觀點(diǎn)，終于得到了廣泛的承認(rèn)。為了紀(jì)念他的成就，人們將美國(guó)化學(xué)家希伯格在1955年發(fā)現(xiàn)的第101號(hào)新元素命名為Mendelevium，即“鍆”。 元素周期律揭示了一個(gè)非常重要而有趣的規(guī)律：元素的性質(zhì)，隨著原子量的增加呈周期性的變化，但又不是簡(jiǎn)單的重復(fù)。門(mén)捷列夫根據(jù)這個(gè)道理，不但糾正了一些有錯(cuò)誤的原子量，還先后預(yù)言了15種以上的未知元素的存在。結(jié)果，有三個(gè)元素在門(mén)捷列夫還在世的時(shí)候就被發(fā)現(xiàn)了。1875年，法國(guó)化學(xué)家布瓦博德蘭，發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)待填補(bǔ)的元素，命名為鎵。這個(gè)元素的一切性質(zhì)都和門(mén)捷列夫預(yù)言的一樣，只是比重不一致。門(mén)捷列夫?yàn)榇藢?xiě)了一封信給巴黎科學(xué)院。當(dāng)時(shí)鎵還在布瓦博德蘭手里，門(mén)捷列夫還沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)。這件事使布瓦博德蘭大為驚訝，于是他設(shè)法提純，重新測(cè)量鎵的比重，結(jié)果證實(shí)了門(mén)捷列夫的預(yù)言。這一結(jié)果大大提高了人們對(duì)元素周期律的認(rèn)識(shí)，它也說(shuō)明很多科學(xué)理論被稱(chēng)為真理，不是在科學(xué)家創(chuàng)立這些理論的時(shí)候，而是在這一理論不斷被實(shí)踐所證實(shí)的時(shí)候。當(dāng)年門(mén)捷列夫通過(guò)元素周期表預(yù)言新元素時(shí)，有的科學(xué)家說(shuō)他狂妄地臆造一些不存在的元素。而通過(guò)實(shí)踐，門(mén)捷列夫的理論受到了越來(lái)越普遍的重視。后來(lái)，人們根據(jù)周期律理論，把已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的100多種元素排列、分類(lèi)，列出了今天的化學(xué)元素周期表，張貼于實(shí)驗(yàn)室墻壁上，編排于辭書(shū)后面。它更是我們每一位學(xué)生在學(xué)化學(xué)的時(shí)候，都必須學(xué)習(xí)和掌握的一課?，F(xiàn)在，我們知道，在人類(lèi)生活的浩瀚的宇宙里，一切物質(zhì)都是由這100多種元素組成的，包括我們?nèi)吮旧碓趦?nèi)。 可是，化學(xué)元素是什么呢？化學(xué)元素是同類(lèi)原子的總稱(chēng)。所以，人們常說(shuō)，原子是構(gòu)成物質(zhì)世界的“基本磚石”，這從一定意義上來(lái)說(shuō)，還是可以的。然而，化學(xué)元素周期律說(shuō)明，化學(xué)元素并不是孤立地存在和互相毫無(wú)關(guān)聯(lián)的。這些事實(shí)意味著，元素原子還肯定會(huì)有自己的內(nèi)在規(guī)律。這里已經(jīng)蘊(yùn)育著物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的變革。終于，到了19世紀(jì)末，實(shí)踐有了新的發(fā)展，放射性元素和電子被發(fā)現(xiàn)了，這本來(lái)是揭開(kāi)原子內(nèi)幕的極好機(jī)會(huì)?？墒情T(mén)捷列夫在實(shí)踐面前卻產(chǎn)生了困惑。一方面他害怕這些發(fā)現(xiàn)“會(huì)使事情復(fù)雜化”，動(dòng)搖“整個(gè)世界觀的基礎(chǔ)”；另一方面又感到這“將是十分有趣的事……周期性規(guī)律的原因也許會(huì)被揭示”。但門(mén)捷列夫本人就在將要揭開(kāi)周期律本質(zhì)的前夜，1907年帶著這種矛盾的思想逝世了。門(mén)捷列夫并沒(méi)有看到，正是由于19世紀(jì)末、20世紀(jì)初的一系列偉大發(fā)現(xiàn)和實(shí)踐，揭示了元素周期律的本質(zhì)，揚(yáng)棄了門(mén)捷列夫那個(gè)時(shí)代關(guān)于原子不可分的舊觀念。在揚(yáng)棄其不準(zhǔn)確的部分的同時(shí)，充分肯定了它的合理內(nèi)涵和歷史地位。在此基礎(chǔ)上誕生的元素周期律的新理論，比當(dāng)年門(mén)捷列夫的理論更具有真理性。 門(mén)捷列夫周期律說(shuō)明：簡(jiǎn)單物體的性質(zhì)，以及元素化合物的形式和性質(zhì)，都和元素原子量的大小有周期性的依賴(lài)關(guān)系。門(mén)捷列夫在排列元素表的過(guò)程中，又大膽指出，當(dāng)時(shí)一些公認(rèn)的原子量不準(zhǔn)確。，按此在元素表中，金應(yīng)排在鋨、鉑的前面，、而門(mén)捷列夫堅(jiān)定地認(rèn)為金應(yīng)排列在這三種元素的后面，原子量都應(yīng)重新測(cè)定。大家重測(cè)的結(jié)果，、。實(shí)踐證實(shí)了門(mén)捷列夫的論斷，也證明了周期律的正確性。在門(mén)捷列夫編制的周期表中，還留有很多空格，這些空格應(yīng)由尚未發(fā)現(xiàn)的元素來(lái)填滿(mǎn)。門(mén)捷列夫從理論上計(jì)算出這些尚未發(fā)現(xiàn)的元素的最重要性質(zhì)，斷定它們介于鄰近元素的性質(zhì)之間。例如，在鋅與砷之間的兩個(gè)空格中，他預(yù)言這兩個(gè)未知元素的性質(zhì)分別為類(lèi)鋁和類(lèi)硅。就在他預(yù)言后的四年，法國(guó)化學(xué)家布阿勃朗用光譜分析法，從門(mén)鋅礦中發(fā)現(xiàn)了鎵。實(shí)驗(yàn)證明，鎵的性質(zhì)非常象鋁，也就是門(mén)捷列夫預(yù)言的類(lèi)鋁。鎵的發(fā)現(xiàn)，具有重大的意義，它充分說(shuō)明元素周期律是自然界的一條客觀規(guī)律；為以后元素的研究，新元素的探索，新物資、新材料的尋找，提供了一個(gè)可遵循的規(guī)律。元素周期律象重炮一樣，在世界上空轟響了！ 英國(guó)物理學(xué)家莫塞萊（Moseley, Henry GwynJeffreys）1887年11月23日生于多塞特郡韋默思；1915年8月10日卒于土耳其的格利博盧。年僅27歲。莫塞萊先后就讀于伊頓公學(xué)和牛津大學(xué)（在這兩所學(xué)校，他都獲得了獎(jiǎng)學(xué)金）。后來(lái)，他在盧瑟福的指導(dǎo)下進(jìn)行研究，在盧瑟福的那些才年橫溢的青年助手當(dāng)中，數(shù)他年齡最小，也最聰明。在勞厄和布喇格父子證明X射線會(huì)受到晶體的衍射之后，莫塞萊便利用這項(xiàng)技術(shù)去確定和比較各種元素的標(biāo)識(shí)X射線輻射的波長(zhǎng)。莫塞萊在進(jìn)行上述研究時(shí)，明確證實(shí)了巴克拉的猜想，即標(biāo)識(shí)X射線的波長(zhǎng)隨發(fā)射元素原子量的增大而均勻地減小。莫塞萊把這一規(guī)律歸因于原子量增大時(shí)原子中的電子數(shù)的增加和原子核中的正電荷的增加。（后來(lái)發(fā)現(xiàn)，核電荷反映了核內(nèi)帶正電的質(zhì)子的數(shù)目。）這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了門(mén)捷列夫元素周期表的一項(xiàng)重大改進(jìn)。門(mén)捷列夫曾按照原子量的順序排列出他的元素周期表，但是為了說(shuō)明周期性，表中在兩個(gè)地方變更了這一順序。莫塞萊證明，如果元素是按照它們的核電荷數(shù)目（也就是說(shuō)，按照原子核中的質(zhì)子數(shù)即此后所說(shuō)的原子序數(shù)）排列的，便沒(méi)有必要作這樣的改動(dòng)。再者，在門(mén)捷列夫周期表中的任意兩個(gè)相鄰的元素之間，均可設(shè)想插入數(shù)目不等的一些元素，因?yàn)橄噜徳卦谠恿可系淖钚〔钪禌](méi)有什么規(guī)律。然而，如果按照原子序數(shù)去排列，情況便迥然不同。原子序數(shù)必須是整數(shù)，因此，在原子序數(shù)為26的鐵和原子序數(shù)為27的鈷之間，不可能再有未被發(fā)現(xiàn)的新元素存在。這還意味著，從當(dāng)時(shí)所知的最簡(jiǎn)單的元素氫到最復(fù)雜的元素鈾，總共僅能有92種元素存在。進(jìn)而言之，莫塞萊的X射線技術(shù)還能夠確定周期表中代表尚未被發(fā)現(xiàn)的各元素的空位。實(shí)際上，在莫塞萊于1914年悟出原子序數(shù)概念時(shí)，尚存在七個(gè)這樣的空位。此外，如果有人宣稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了填補(bǔ)某個(gè)空位的新元素，那么便可以利用莫塞萊的X射線技術(shù)去檢驗(yàn)這個(gè)報(bào)道的真實(shí)性，例如，為鑒定于爾班關(guān)于celtium和赫維西關(guān)于鉿（hafnium）的兩個(gè)報(bào)道的真?zhèn)危褪褂昧诉@種方法。就這方面而言，X射線分析是二十世紀(jì)出現(xiàn)的一種復(fù)雜的化學(xué)分析新技術(shù)，它與海洛夫斯基的旋光分析法一樣，不再借助于古老的稱(chēng)重和滴定方式，而是采用測(cè)定吸光性能和電位變化等更為精密的方法。換言之，莫塞萊的工作雖然并沒(méi)有對(duì)門(mén)捷列夫的周期表作重大的改動(dòng)，但卻使各種元素在周期表中應(yīng)處的位置完全固定下來(lái)。 這時(shí)爆發(fā)了第一次世界大戰(zhàn)，莫塞萊立即應(yīng)征入伍，當(dāng)上了工程兵中尉。當(dāng)時(shí)的人們還很不理解科學(xué)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的重要性，因此不認(rèn)為有什么理由不讓莫塞萊與千百萬(wàn)其他軍人一樣去戰(zhàn)場(chǎng)出生入死。盧瑟福曾設(shè)法爭(zhēng)取派莫塞萊從事科學(xué)工作，但沒(méi)有成功。1915年6月13日，莫塞萊乘船開(kāi)赴土耳其，兩個(gè)月之后在格利博盧陣亡，為一場(chǎng)無(wú)足輕重而稀里糊涂的戰(zhàn)役送了命。他的死并沒(méi)有帶給英國(guó)和全世界任何好處（如果硬要找的話，倒也有一點(diǎn)，就是他把自己的財(cái)產(chǎn)遺贈(zèng)給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)）。從他已取得的成就來(lái)看，年僅27歲的他在戰(zhàn)爭(zhēng)所殺害的無(wú)數(shù)人當(dāng)中，要數(shù)他的死給人類(lèi)造成的損失最大。如果莫塞萊能活下來(lái)的話，無(wú)論科學(xué)的發(fā)展多么難以逆料，他會(huì)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)這一點(diǎn)則是可以肯定的。因?yàn)槲鞲癜嗬^承了莫塞萊的研究工作，并獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。 原子核的算術(shù)1. 原子量，同位素和質(zhì)量數(shù)一種元素（原子的）質(zhì)量數(shù)（A）等于其原子核中中子數(shù)（N）和質(zhì)子數(shù)（Z）的數(shù)量（之和）（A = N + Z）。一些元素存在不同的形式，稱(chēng)為同位素，這些元素的原子含有不同的中子數(shù)所以具有不同的質(zhì)量數(shù)。2. 原子質(zhì)量一個(gè)原子的實(shí)際質(zhì)量是其以克為單位的質(zhì)量。原子質(zhì)量的單位u，一個(gè)相對(duì)原子質(zhì)量單位，被定義為126C原子質(zhì)量的1/12，10–24 g。同位素的質(zhì)量常常用原子質(zhì)量單位來(lái)表示。一種元素的原子質(zhì)量（以單位u表示）是實(shí)際存在的（各種）同位素混合物的平均質(zhì)量。 物質(zhì)的種類(lèi)1. 純物質(zhì)和混合物物理性質(zhì)是指那些能夠測(cè)量或觀察并且在物質(zhì)性質(zhì)/個(gè)性和組成上沒(méi)有變化的性質(zhì)?；瘜W(xué)性質(zhì)僅僅能在化學(xué)反應(yīng)中觀察到，其中至少有一種物質(zhì)的性質(zhì)發(fā)生了變化。純物質(zhì)總是有相同的物理和化學(xué)性質(zhì)，并且要么是一種元素要么是一種化合物。在由一種元素組成的物質(zhì)中（一種元素是一種物質(zhì)）含有同種原子量的一類(lèi)原子。（一個(gè)原子可被定義為一種元素能參加化學(xué)反應(yīng)的最小微粒）。（一種）化合物是由兩種或更多種元素原子按一定比例鍵合而形成的一種物質(zhì)。混合物是由兩種或者更多種保持其各自性質(zhì)的物質(zhì)組成。由兩種或更多種物質(zhì)形成的任何同質(zhì)混合物都是溶液。（在同質(zhì)混合物中物質(zhì)是完全（thoroughly, [39。θ?r?li]）摻和/混合均勻的，而且混合物的組成和外表都是完全均一的，而異質(zhì)混合物中，混合物的各個(gè)成分保持物理上的分離并且可以被看作是分離的成分，盡管在一些情況下需要電鏡來(lái)觀察）（如真溶液與膠體的關(guān)系）。溶質(zhì)——成分以較少的量呈現(xiàn)——被看作溶解在溶劑中。在水溶液中，溶劑是水。2. 物質(zhì)的狀態(tài)物質(zhì)一般存在三種狀態(tài)：氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)。其間的轉(zhuǎn)化稱(chēng)為狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。并不是所有的物質(zhì)都能存在這三種狀態(tài)。作業(yè)：P. 17. 1~10第3章 原子、分子和離子（Atoms, Molecules and Ions） 化合作用中的原子和離子1. 分子化合物和離子化合物當(dāng)兩種或更多種原子化合時(shí)它們即會(huì)形成分子。