【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。?

第八章原子的結(jié)構(gòu)

【山話||? 本系列專欄中的力單位達因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！??

§8-9化學反應和化學能

【01】原子的結(jié)構(gòu)和元素的化學性質(zhì)有著密切的關系。早在1869年俄國科學家門捷列夫就發(fā)現(xiàn)元素的化學性質(zhì)和原子量有關。他把元素按原子量由小而大的次序排列起來，指出元素的化學性質(zhì)隨著原子量的增加而有周期性的變化，從而創(chuàng)立了有名的元素周期律。圖8·18就是原子序數(shù) 1~54 的元素周期表?，F(xiàn)在我們已經(jīng)知道，周期表上的元素實際上并不是按原子量而是按電荷數(shù) Z 的順序排列的。例如在第二周期的元素中，鋰（Z＝3）的金屬性很活潑，鈹（Z＝4）就比鋰差些，硼（Z＝5）的金屬性就更差了，而碳（Z＝6）則有一種介于金屬與非金屬之間的過渡性質(zhì)，氮（Z＝7）以后元素的非金屬性又漸漸增強，直到氟（Z＝9）時就更強，但是氖（Z＝10）卻突然成為一種最不活潑的所謂惰性氣體。在第三周期里，這種情況又重復出現(xiàn)了。它們也是由金屬性很活潑的鈉（Z＝11）起漸漸減低到金屬性不活潑的硅（Z＝14），然后又開始呈現(xiàn)非金屬性，一直到非金屬性最活潑的氯（Z＝17），而最后也是一種最不活潑的元素——氬（Z＝18）。

【02】各種元素的化學性質(zhì)為什么具有周期性呢？根據(jù)玻爾的意見，元素化學性質(zhì)的周期性可以用原子內(nèi)的電子按一定殼層排列的觀點來解釋。因為隨著原子序數(shù)的增多，原子的核外電子也在增多，而每一殼層所能容納的電子數(shù)有一定的限制，所以某一殼層中的電子數(shù)增加到一定程度以后，就只好排到更外面一層上去，同樣，最外面一層的電子數(shù)也是一個一個逐漸增加的。而實驗表明，元素的化學性質(zhì)和原子內(nèi)殼層的電子沒有多大關系，它基本上決定于最外層的電子個數(shù)。而最外層電子數(shù)總是從 1 個逐漸增加到 8 個，所以出現(xiàn)了化學性質(zhì)相似的元素。圖8·19是元素周期表前三個周期中元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖。從這張圖上可以看出鋰原子和鈉原子的最外層都只有一個電子，這個電子容易失去而使它們成為正離子，因此它們都具有很強的金屬性；氟原子和氯原子的最外層都有 7 個電子，它們?nèi)菀撰@得一個電子而成為負離子，因此它們都具有很強的非金屬性。氖原子和氬原子的最外層都正好是 8 個電子，這就是它們的化學性質(zhì)最不活潑的原因。由此可見，門捷列夫所發(fā)現(xiàn)的元素性質(zhì)的周期性，正反映了原子中電子排列的周期性。

【03】從上面的分析可以推知：一切化學反應實質(zhì)上就是原子最外層電子運動狀態(tài)的改變。例如煤的燃燒就是一種化學反應，在這一化學反應中，煤里的碳和空氣里的氧化合成二氧化碳。具體地說，在這一過程中碳原子和氧原子最外層電子的運動狀態(tài)發(fā)生了改變，最后碳原子的兩個外層電子和氧原子的兩個外層電子聚積起來，便把一個碳原子和兩個氧原子結(jié)合在一起，成為二氧化碳（圖8·20）。

【04】大家都知道，當煤在燃燒時有能量釋放出來，這是什么原因呢？原來不同元素的原子都具有一定的能級。原子最外層電子運動狀態(tài)的改變就要引起原子能級的改變，因此在發(fā)生化學反應的過程中總是伴隨有能量變化的過程。有的化學反應釋放能量；有的化學反應吸收能量。例如每個碳分子和氧分子化合成二氧化碳時要放出能量 4.1 電子伏特；反過來，一個二氧化碳的分子必須消耗能量 4.1 電子伏特才能被分解成一個氧分子和一個碳分子。在化學反應中吸收或者釋放的能量就叫做化學能，化學能的來源是在化學反應中由于原子最外層電子運動狀態(tài)的改變和原子能級發(fā)生變化的結(jié)果。