《世界的物质性》课件

世界的物质性物质性是世界存在的本质，物质世界是人类认知的基础课程简介课程目标课程内容深入了解物质世界的基本构成和性质从物质的基本构成开始，探索原子的结构和基本粒子的性质掌握物质的微观结构、原子结构和基本粒子讲解原子间的结合形式、分子结构和不同类型的化学键深入研究凝聚态物质、溶液、酸碱反应、氧化还原反应等物质的基本构成原子电子原子核质子和中子原子是构成物质的基本单元电子带负电，绕原子核运动原子核带正电，由质子和中子质子和中子是构成原子核的基组成本粒子原子的结构原子是构成物质的基本单元，拥有一个带正电的原子核和环绕其周围的带负电的电子原子核由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电电子带有负电荷，它们的运动形成电子云，围绕着原子核运动原子核是原子的核心，几乎占了原子的全部质量电子围绕原子核运动，它们决定了原子与其他原子之间的相互作用基本粒子夸克轻子夸克是构成质子和中子的基本粒轻子包括电子、μ子和τ子，它子，目前已知六种夸克，它们具们不参与强相互作用，但可以参有不同的质量和电荷与弱相互作用和电磁相互作用玻色子玻色子负责传递基本粒子之间的相互作用，例如光子传递电磁力，胶子传递强相互作用粒子之间的相互作用强相互作用作用力最强，作用范围最短，仅在原子核内起作用，将质子和中子结合在一起，构成原子核弱相互作用作用力较弱，作用范围较短，主要负责核衰变过程，例如β衰变电磁相互作用作用力介于强力和弱力之间，作用范围较远，负责带电粒子之间的相互作用，例如静电吸引和排斥万有引力作用力最弱，作用范围无限远，作用于所有物质之间，负责天体之间的相互吸引，例如地球绕太阳运行原子间的结合形式化学键分子晶体原子之间通过共享电子或电子转移形成化学多个原子通过化学键结合形成分子，具有特原子按照规则的周期性排列，形成晶体结键定结构和性质构，具有一定形状和物理性质分子的结构分子是由两个或多个原子通过化学键结合而成的原子通过共用电子形成共价键，从而产生分子结构分子具有独特的几何形状，这些形状决定了分子性质，如极性、溶解度和反应性分子的结构可以是线性、平面、三角形、四面体等等，这些结构决定了分子在空间的排列方式，以及分子与其他分子之间的相互作用例如，水分子具有弯曲的结构，这使得水成为极性分子，能够形成氢键，进而影响水的物理和化学性质原子键的类型离子键共价键通过静电吸引力结合而成，通常原子之间共享电子，形成稳定结存在于金属和非金属元素之间构，通常存在于非金属元素之间金属键氢键金属原子之间共享自由电子，形氢原子与电负性强的原子（如成金属晶体，具有良好的导电性氧、氮、氟）之间形成的特殊相和延展性互作用，是维持水分子间相互作用的主要原因离子键和共价键离子键1电子转移正负离子2静电吸引力共价键3电子共享稳定结构4分子形成离子键是由金属元素和非金属元素之间形成的化学键电子从金属原子转移到非金属原子，形成带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子两种离子通过静电吸引力结合在一起，形成离子化合物共价键是由两个或多个非金属原子共享电子形成的化学键共享电子形成一个电子对，并将原子结合在一起形成分子共价键根据电子对的共享方式分为极性共价键和非极性共价键氢键和范德华力氢键范德华力作用强度氢键是一种特殊的分子间作用力，发生范德华力是一种普遍存在的分子间作用氢键的作用力比范德华力强得多，对物在含有极性共价键的分子之间，例如水力，包括伦敦色散力、偶极-偶极力、偶质的物理性质有重要影响，例如水的沸分子极-诱导偶极力，它们与分子的极性有点较高关凝聚态物质固态液态气态固体具有固定形状和体积，原子或分子紧密液体具有固定体积，但形状可变，原子或分气体没有固定形状和体积，原子或分子之间排列子之间有较弱的相互作用距离较大固体的结构晶体非晶体晶体具有规则的几何外形，内部原子排列非晶体没有规则的几何外形，内部原子排周期性，具有各向异性例如食盐、水列无序，具有各向同性例如玻璃、橡晶、钻石胶、塑料晶体的类型晶体类型按其结构和对称性分类，常见类型包括立方晶体结构简单，具有三个相等的轴和直角例如，食盐、金刚石六方晶体结构对称，具有六个等边的面例如，石英、云母正方晶体结构对称，具有四个等边的面例如，方解石、黄铁矿斜方晶体结构不对称，具有三个不等长的轴和三个直角例如，硫磺、石膏单斜晶体结构不对称，具有三个不等长的轴，其中两个轴之间的角度为斜角例如，糖、石墨三斜晶体结构不对称，具有三个不等长的轴，三个轴之间的角度都是斜角例如，绿矾、明矾液体的特点流动性表面张力扩散体积液体分子之间存在较弱的吸引液体表面具有收缩的趋势，形液体分子在不断运动，可以互液体具有固定的体积，但形状力，使液体具有流动性，可以成表面张力，使液体表面呈现相扩散，使不同物质混合均不固定，可以根据容器形状而自由地改变形状一定的张力匀改变气体的性质可压缩性流动性12气体分子间距离很大，容易压气体分子可以自由运动，没有缩固定形状扩散性压强34气体分子可以相互扩散，混合气体分子运动产生的碰撞力形均匀成压强溶液的组成溶质溶剂溶液123溶质是指溶解在溶剂中的物质，它可溶剂是溶解溶质的物质，通常是液溶质和溶剂混合在一起形成的均一稳以是固体、液体或气体体，可以是水、酒精等定的混合物叫做溶液溶液的浓度计算质量百分比浓度1溶质质量/溶液质量×100%体积百分比浓度2溶质体积/溶液体积×100%摩尔浓度3溶质摩尔数/溶液体积质量摩尔浓度4溶质摩尔数/溶剂质量浓度是表示溶液中溶质含量的物理量不同的浓度计算方法适用于不同的应用场景溶质的溶解过程溶质的分解溶液形成溶质在溶剂中会分解成更小的离子或分子溶质和溶剂均匀混合，形成稳定的溶液123溶剂化作用溶剂分子会包围溶质粒子，形成溶剂化层，降低溶质粒子之间的吸引力溶解度和温度的关系溶液的电离电解质非电解质电离平衡影响因素在水中能够解离成离子的物质在水中不能解离成离子的物质电解质在水溶液中达到平衡状电解质的电离程度受多种因素称为电解质电解质溶液能够称为非电解质非电解质溶液态，即电离和结合的速率相影响，包括溶质本身的性质、导电，因为其中存在自由移动不导电，因为其中不存在自由等，溶液中离子浓度保持稳溶液的浓度和温度等的离子移动的离子定酸碱反应与值pH酸碱中和反应1酸和碱相互反应生成盐和水值定义pH2溶液中氢离子浓度的负对数值范围pH30-14，分别对应强酸性、弱酸性、中性、弱碱性、强碱性值测定pH4使用pH试纸、pH计等工具pH值是衡量溶液酸碱性的重要指标，与日常生活息息相关，例如，人体血液的pH值约为

7.35-

7.45，保持在一定范围内才能正常运作氧化还原反应电子转移氧化剂和还原剂氧化还原反应是化学反应中涉及氧化剂是接受电子的物质，还原电子转移的过程，其中一种物质剂是失去电子的物质，它们在反失去电子，被氧化，而另一种物应中相互作用，实现电子的转质获得电子，被还原移氧化数变化在氧化还原反应中，参与反应的元素的氧化数会发生变化，氧化剂的氧化数降低，还原剂的氧化数升高电化学基本原理电极反应电解池原电池电化学测量电化学反应发生在电极表面，电解池利用直流电驱动非自发原电池通过自发化学反应产生电化学测量仪器可用于研究电涉及电子转移和化学物质转化学反应，将电能转化为化学电流，将化学能转化为电能化学反应、分析物质成分和控化能制反应过程电池的工作原理化学反应1电池利用化学反应将化学能转化为电能电极2电池包含正极和负极，分别发生氧化反应和还原反应电流产生3电子从负极流向正极，产生电流电解质4电解质提供离子通道，完成电路燃料电池与电解池燃料电池电解池氢燃料电池燃料电池将化学能直接转化为电能，更高电解池利用电能驱动化学反应，将电能转化氢燃料电池利用氢气和氧气反应产生电能，效，无污染，主要用于新能源汽车和发电为化学能，主要用于金属冶炼、电镀、水处是未来清洁能源的关键技术之一站理等金属材料与合金金属材料合金金属材料是指以金属元素为主体的材料，具有良好的导电性、导合金是指两种或多种金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特热性和延展性，应用广泛性的混合物，通常具有优于纯金属的性能•铁•不锈钢•铝•青铜•铜•黄铜陶瓷材料的性质陶瓷材料是无机非金属材料，由金属氧化物或非金属氧化物组成陶瓷材料具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、绝缘性能好等优点，广泛应用于建筑、电子、航空航天等领域高分子材料的结构单体聚合反应

11.

22.高分子材料由许多小的重复单单体通过化学反应连接成长的元（单体）连接而成链状或网状结构，形成高分子结构类型结构差异

33.

44.高分子材料的结构可以是线不同的结构导致不同的物理和性、支化、交联或网络状化学性质，影响材料的性能材料的应用与发展材料科学的进步材料应用领域未来材料发展方向新材料的研发推动了科技的进步，例如材料在各个领域都有着广泛的应用，包可持续发展材料、智能材料和纳米材料高强度合金、耐高温陶瓷和轻质复合材括航空航天、医疗器械、建筑工程等是未来的重要发展方向，将为人类带来料更多福祉。