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上一篇知識回顧：化學(xué)是什么？-第2章 化學(xué)是研究原子和分子的科學(xué)
2.3.1 元素周期表的建立和發(fā)展
早在19世紀，化學(xué)家和物理學(xué)家探索以原子量的大小順序?qū)υ剡M行排列，認識到元素的性質(zhì)存在周期性，并以周期性為綱，制作出形式多樣的元素周期表。此后，隨著新元素的發(fā)現(xiàn)，原子結(jié)構(gòu)認識不斷深入和測定原子量準確度的提高，元素周期表不斷完善。2016年，國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）公布了原子序數(shù)為113、115、117和118等元素的名稱和性質(zhì)。2017年5月，這4種元素的中文名稱也正式公布。元素周期表的7個周期、18個族，包含的118種元素的周期表，完整地呈現(xiàn)。表2.3.1示出一種豎排的元素周期表。
表2.3.1 元素周期表
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化學(xué)元素周期表以表格的形式標示出每種元素的名稱、原子序數(shù)、元素符號、原子量，表達出這種元素在表中所處的周期、族次和區(qū)域，根據(jù)元素的周期性了解該元素應(yīng)具有的特性，了解它和相鄰元素的相似性和遞變性，從中得到有關(guān)元素間的相互聯(lián)系，從而得到有關(guān)元素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的信息。元素周期表已成為化學(xué)科學(xué)的一項重要內(nèi)容和重要工具，用以啟迪現(xiàn)代化學(xué)各個分支學(xué)科的發(fā)展。
2.3.2 周期表中周期的劃分
原子由原子核和若干個核外電子組成。核外電子繞原子核運動，它的分布情況和能級高低不同，根據(jù)實驗測定和理論推導(dǎo)的結(jié)果，原子軌道能級高低次序為：1s；2s，2p；3s，3p；4s，3d，4p；5s，4d，5p；6s，4f，5d，6p；7s，5f，6d，7p。將它繪制成圖形，如圖2.3.1所示：每個能級組以ns開始，7個周期的情況列于表2.3.2中。圖2.3.1 原子軌道按能級高低分成7個能級組（即7個周期）的情況![]()
表2.3.2 周期和能級組
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2.3.3 元素的分族和分區(qū)
元素周期表共分7個周期，18個族。族的記號有兩種：一是用1～18的阿拉伯?dāng)?shù)字標明，將元素分成18族的記號，它是IUPAC推薦使用的族次記號；二是按主族或副族進行分族，用阿拉伯?dāng)?shù)字加英文字母A和B標出，1A～8A為主族元素，1B～8B為副族元素，8B族對應(yīng)著IUPAC分族法用阿拉伯?dāng)?shù)字標明的8、9、10三個族。每族元素的外層能級的電子組態(tài)相似，因此它們的化學(xué)性質(zhì)也相似。堿金屬元素 指第1族或1A族元素，包括鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁。堿土金屬元素 指第2族或2A族元素，包括鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳。鑭系元素 指第3族或3B族中第6周期原子序數(shù)為57～71的15種元素，它們是：鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥，有時用Ln記號代表鑭系元素。鉑族金屬元素 指8B族（或第8、9、10族）第5、6兩個周期的6種元素：釕、銠、鈀、鋨、銥、鉑。貨幣金屬元素 指第11族即1B族中第4、5、6周期的3種元素：銅、銀、金。（不包括同一族第7周期的[插圖]，因它是人工合成的元素，起不了貨幣作用。）鹵族元素 簡稱鹵素，指第17族即7A族元素的總稱，包括氟、氯、溴、碘、砹。稀有氣體元素（又稱惰性氣體元素） 指第18族或8A族元素：氦、氖、氬、氪、氙、氡。稀土金屬元素 簡稱稀土元素或稀土。它是包括鈧、釔和鑭系元素共17種元素的總稱，有時用RE記號代表稀土金屬元素。
2.4.1 分子和化合物的含義
分子是物質(zhì)中獨立地、相對穩(wěn)定地存在并保持其組成和特性的最小微粒，是參加化學(xué)反應(yīng)的基本單元。分子由一個或幾個原子通過化學(xué)鍵結(jié)合而成。按照參與組成的原子的種類和數(shù)目，分子可分為單原子分子和多原子分子，前者只有He、Ne、Ar、Kr、Xe等幾種，通常討論化學(xué)問題時所指的分子不包括它們。多原子分子中，原子數(shù)目為2個或2個以上，其中少數(shù)分子由一種原子組成，如H2、O2、O3、N2、P4、S2、S6、S8、S20、C60、C70等，由這類分子組成的材料，通稱單質(zhì)，意指一種成分的物質(zhì)。絕大多數(shù)分子是由兩種或多種元素組成，即多種元素的原子通過化學(xué)鍵結(jié)合而成，這種分子通稱化合物，如H2O、CO、CO2、NaCl、C2H5OH等。所以化合物的名稱是指兩種或兩種以上元素的原子通過化學(xué)鍵組成的純凈物質(zhì)。化合物有恒定的組成、性質(zhì)和分子量。分子量是指組成分子的原子的原子量的加和，例如CO2的分子量為：雖然常見的元素種類僅數(shù)十種，數(shù)目極為有限，但化學(xué)發(fā)展到現(xiàn)在已分離和合成了4000多萬種化合物。研究化合物的合成、性質(zhì)和應(yīng)用，已成為關(guān)系到自然科學(xué)和社會發(fā)展的主要基礎(chǔ)。由離子鍵和金屬鍵兩類強化學(xué)鍵將原子（或離子）結(jié)合形成的晶體或物相，由于它們常以固態(tài)晶體出現(xiàn)，不使用分子這個名稱，直接以它的成分和它的物相名稱表示。例如，氯化鈉（NaCl，食鹽）、碳酸鈉（Na2CO3，純堿）等。
2.4.2 高分子
高分子化合物又稱聚合物、高聚物、大分子化合物，簡稱高分子。它是分子量在104～106甚至更高的一類化合物，由許多相同的（或不同的）單體（或稱結(jié)構(gòu)單元）以共價鍵重復(fù)連接而成。因化學(xué)結(jié)構(gòu)單元組成是否相同分為均聚高分子（結(jié)構(gòu)單元完全相同）和共聚高分子。前者如聚氯乙烯、聚苯乙烯等，后者如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、丁腈橡膠、丁苯橡膠等。從來源又分為天然高分子（纖維素、蛋白質(zhì)、核酸等）和合成高分子（聚乙烯、聚丙烯、聚酯等）。按分子結(jié)構(gòu)單元之間的連接方式又可分為：線型高分子（即結(jié)構(gòu)單元沿長的骨架線性延伸連接而成），如聚乙烯、聚酰胺等；支化高分子（即線型高分子主鏈中派生出一些支鏈，其組成的結(jié)構(gòu)單元與主鏈相同）；交聯(lián)型高分子（即分子主鏈之間產(chǎn)生化學(xué)結(jié)合，形成不溶的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）。按性能用途分為：塑料（聚乙烯、聚氯乙烯、ABS、酚醛塑料等）、橡膠（順丁、丁苯、氯丁橡膠等）、纖維（滌綸、錦綸、腈綸、維綸等）等類。組成與結(jié)構(gòu)不同的高分子其形態(tài)有液態(tài)和固態(tài)，它多為無定形態(tài)，也有部分結(jié)晶態(tài)。其溶液的黏度，比相同濃度下的小分子的黏度高得多。其物理性能隨結(jié)構(gòu)不同而異，它可具有剛性、柔順性、彈性、電絕緣性、力學(xué)強度、耐熱、耐寒、耐光照、耐水等各種性能，其加工性能也各不相同，用途各異且極為廣泛。高分子化學(xué)是研究高分子化合物的分離、提取、結(jié)構(gòu)、性能、合成方法、反應(yīng)機理及溶液性質(zhì)與成型加工等的一門科學(xué)，是在有機化學(xué)、物理化學(xué)、無機化學(xué)、生物化學(xué)、物理學(xué)和力學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興科學(xué)。自20世紀30年代以來，隨著高分子科學(xué)體系的逐步建立與發(fā)展，已為人類的生產(chǎn)與生活提供了一類新材料，發(fā)展起塑料、橡膠、合成纖維、涂料、膠黏劑等合成材料工業(yè)?，F(xiàn)在高分子合成材料已涉及國家經(jīng)濟建設(shè)和人類生活的各種領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高分子化工，已成為不斷發(fā)展的新興工業(yè)部門。
2.4.3 超分子
超分子是由兩種或兩種以上的分子通過分子間的作用力結(jié)合而成，是一類具有特定的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀特征的聚集體。超分子內(nèi)分子間的作用力包括氫鍵作用力、靜電作用力、配位鍵作用力、電荷轉(zhuǎn)移作用力和疏水性作用力等。通過這些作用力，將一類分子組成具有特定排列的管狀通道、蜂窩狀空穴、杯狀容器或空心體結(jié)構(gòu)的聚集體，適合另一類分子進入通道、空穴、容器或空心體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，穩(wěn)定地結(jié)合形成超分子。前一類分子稱為主體或受體，后一類分子稱為客體或底物。手指不慎擦破后涂抹一點碘酒消毒，避免發(fā)炎。當(dāng)這擦過碘酒的手指皮膚碰到含淀粉的液體時，皮膚立即變成藍黑色。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)是一種超分子反應(yīng)，即淀粉形成具有管狀通道的環(huán)糊精，碘分子進入通道中，形成長鏈狀結(jié)構(gòu)的藍黑色分子所出現(xiàn)的顏色。水冷卻到0℃以下，分子間通過氫鍵結(jié)晶成冰，冰中有很多籠狀空隙使冰比水輕，冰總是浮在水面上。當(dāng)水中含有甲烷（CH4）時，水和甲烷可生成可燃冰晶體，甲烷填充在冰的籠狀空隙中。海洋底部冒出的天然氣，主要成分是甲烷，它和海水結(jié)成可燃冰蘊藏在海底。2017年，我國宣布成功地掌握從海底開發(fā)可燃冰能源的技術(shù)。
元素周期表列出的118種元素中，氦是第一種在地球之外的宇宙中發(fā)現(xiàn)的元素。1868年，法國的詹森在日全食時觀察到的太陽周邊熾熱氣體的光譜中，除Na原子的D1和D2譜線外，還有一條D3線，波長為587.56納米（nm，10-9米）。1895年，拉姆齊對瀝青鈾礦分出物氣體進行光譜檢驗，證明和詹森發(fā)現(xiàn)的太陽光譜數(shù)據(jù)相同，取名為氦，表示它是太陽元素。通過光譜檢測方法得知，太陽表面主要由氫、氦、鐵等元素組成。天上降落在地球的隕石，經(jīng)過大氣層和氧氣作用氧化燃燒，表面大多由氧化鐵、硅酸鹽組成，內(nèi)部含鐵較多。劃過天空的慧星，主要是大冰塊，飛過地球表面層，會蒸發(fā)發(fā)光后湮滅。
登月的人，從月球表面帶回土壤樣品，經(jīng)化學(xué)分析，其成分和地球相似。人們通過遠距離的化學(xué)分析方法，測得月球上富含3He原子，經(jīng)過估算它的蘊藏量達100萬噸級。由于3He被認為是“完美的能源”，由它和2H進行核聚變，產(chǎn)生的能量大，效率高，幾乎沒有放射性副產(chǎn)品，無污染。而3He在地球上存量很少，大部分來自生產(chǎn)核武器的副產(chǎn)品。有人估計每噸3He價值超過40億美元。登月開發(fā)月球，從月球上帶回3He可能也是將來登月的一項設(shè)想工作。地球化學(xué)家利用物理方法測定化學(xué)元素在地球中的分布，得到下面所列元素所占質(zhì)量分數(shù)的數(shù)據(jù)：（1）地核。指從地心作一半徑為3440千米的內(nèi)核球體，這層是密度很高的熔體，密度為10～15g·cm-3。這層主要由化學(xué)元素鐵和鎳組成，據(jù)估算鐵占88％，鎳占8.5％，這兩種元素已達96.5％，其他還有鈷、鈦等金屬元素。（2）地幔。指由地核的外殼（離地心3440千米）到地殼的內(nèi)層表面，厚度為2880千米區(qū)間的一層。地幔物質(zhì)的密度為4～6 g·cm-3。組成它的主要元素如下：![]()
（3）地殼。將地球近似地看作球體，地殼指地幔以外厚度為69千米的固體和水層，平均密度為2.8g·cm-3，加上質(zhì)量占比很小、厚度為3千米的大氣層，總計厚度達72千米。這層的組成元素較多，豐度在1％以上的元素有：![]()
氫元素和氧元素結(jié)合成水，形成地表的汪洋大海，使人類等生物體得以生存繁衍。氫是地殼中最重要的元素，但氫元素的豐度以質(zhì)量分數(shù)計，只有0.87％，低于1％。
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技術(shù)咨詢服務(wù)包括：北京高校科技資源對接、危險廢棄物梳理、環(huán)境影響評價、環(huán)保項目竣工驗收、場地環(huán)境調(diào)查等多個領(lǐng)域。開展的分析測試服務(wù)包括：X射線衍射分析、土壤礦物檢測、水質(zhì)檢測、場地環(huán)境檢測、二噁英檢測、建材VOC檢測、固廢檢測、理化參數(shù)等檢測項目，已取得CMA檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認定和ISO/IEC 17025檢測實驗室認可資質(zhì)。科學(xué)儀器研發(fā)方面：具備國內(nèi)領(lǐng)先的 X 射線衍射 / 熒光分析儀器的研發(fā)生產(chǎn)能力，在 X 射線分析儀器的開發(fā)領(lǐng)域擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)。單位先后通過北京市級企業(yè)科技研究開發(fā)機構(gòu)、高新技術(shù)企業(yè)、中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)等認證。 若您有任何咨詢問題，可聯(lián)系我們，我們會為您解答。400-0064-028 、010-62423361
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