化学基础知识，物质分类、离子反应、氧化还原反应、物质的量、电子排布式、元素周期表

1、物质分类

• 物质广泛分为混合物和纯净物，纯净物是主要研究对象；纯净物分为单质和化合物，化合物是主要研究对象；单质分为金属单质（Na）、非金属单质（$C{l}_2$）、稀有气体；化合物分为无机化合物、有机化合物，无机化合物是主要研究对象；无机化合物分为：氧化物、酸、碱、盐，一般反应过程：氧化物=>酸、碱=>盐，盐的最终产生基于前者；
• 盐的分类，$N{a}_{2}C{O}_3$含有两种离子：$N{a}^{1+}$、$C{O}^{2-}$，可以称为钠盐或者碳酸盐，化学反应中离子是基本单位，而不是单个元素（当然离子也可以只有一个元素）
• 溶液性质，根据容积的分子体积x规定：x<1nm是溶液，1nm<x<100nm是胶体，100nm<x是悬浊液或乳浊液；光束通过溶液和胶体，有光线通路的是胶体；
• 酸意味着溶液中有$H^{1+}$离子，碱意味着溶液中有$O{H}^{1-}$离子，这些共性导致了不同酸或碱容易具有一些相同的化学性质；
• 金属和酸、金属和盐的反应是置换反应，酸与酸、盐与酸、盐与碱、盐与盐之间是复分解反应（大概是分解后重新组合）

2、离子反应

• 电流是由于电子定向移动导致的，也就是说电子会随着电流移动；一般情况下，电子无规则运动，一旦通电，电子的运动方向就会被限制为由负到正
• 电解质可以电离出离子，比如$NaCl$在水里电离出$N{a}^{+},C{l}^{-}$，正离子前往负极，负离子前往正极，这样溶液就可以导电，其实依旧是电子的定向移动（资料不全，可能在其他高级课程才回出现，个人推测是负极的电子和正离子结合，正离子又把电子传递给身边的负离子，如此循环电子一直到正极）
• 溶液中的反应都是离子之间的反应，比如酸碱反应，核心就是$H^{+}+O{H}^{-}=H_{2}O$

3、氧化还原反应

• 有氧元素参与、并且氧元素数量变化的反应是氧化还原反应，因为氧气在自然界很常见，并且具有比较强的氧化性；即便氧元素没有参与新的化合物，只要元素化合价变化，也可以成为氧化还原反应；综合来看，氧化还原反应是很泛化的概念，归结于元素化合价的变化
• 钠与金属反应，$2N{a}_2+C{l}_2=2NaCl$；钠是碱金属、还原剂、被氧化物，电子为2/8/1，失去1个电子变的稳定，化合价从0变为+1升高；Cl是氧化剂、被还原物，电子为2/8/7，得到一个电子变的稳定，化合价从0变为-1降低；（有总结为失升氧、降得还，其实看这个反应可自己观察）
• 化合价：元素得失电子的能力；容易失去电子就变的正价，比如金属；其实案例极限就是C电子2/4，那么C就有+4和-4两种化合价，一般末尾轨道电子过少过多，都只有一个化学价

4、物质的量

• ‌摩尔数（Mole）是化学中用于计量物质数量的基本单位，符号为“mol”。‌它表示含有与12克碳-12同位素中原子数目相同的粒子（如原子、分子、离子等）的集合。摩尔数的概念源于阿伏伽德罗常数，该常数$N_A$约为6.022×10²³，代表1摩尔物质中所含的粒子数目。将碳-12选为参考物质是因为它的原子量可以测量的相当精确，同样的C的相对原子质量被定为12（由此，基准原子质量为一个C原子的1/12，其他元素的相对原子质量可以比值确定，相对原子质量是一个比值，没有单位）
• 粒子数和摩尔数：$n=\frac{N}{N_A}$,n为摩尔数，N为粒子数量，常数$N_A$已知；摩尔数其实就是化学分子的计算规定，毕竟不可能去讨论几个分子进行反应，那样质量太小了，现实中无法操作
• 摩尔质量：分子的摩尔质量等于各个原子的相对原子质量的和，比如$NaCl$的摩尔质量等于23+35=58，单位是g/mol
• 气体摩尔体积：固体的体积由分子的大小决定（理想状态，固体紧密），而气体的体积则由温度和压强决定，分子之间的距离很大远超过粒子大小，所以同条件下同体积的气体的物质的量是一样的；$V_M=\frac{V}{n}$,气体摩尔体积是固定常量，一般情况下0度101kPa标准状况，$V_M=22.4L/mol$
• 物质的量浓度：溶液中，溶质在溶剂中的的浓度影响反应结果，$c_B=\frac{n_B}{V}$表示B物质在溶剂中的浓度；也就是说分子数=>摩尔数=>物质的量浓度
• 溶液稀释：稀释后物质的量不变，所以$c_A\ast V_A=c_B\ast V_B$

5、电子排布式

• 电子数：s亚层2个，p亚层6个，d亚层10个，f亚层14个
• 泡利不相容原理：这意味着在一个原子轨道上最多可容纳两个电子，且这两个电子的自旋方向必须相反。
• 能量最低原理：在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道。
• 例如C：$1s^{2}2s^{2}2p^4$;如果到了周期表第三周期，$1s^{2}2s^{2}2p^6$排满了一起10个电子，Na为$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^1$,3s排满了再排3p；
• 铁元素：周期表第四周期，第三周期排满了有18个电子，铁元素原子量26，所以排在$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6+4s^{2}3d^6$;铁原子有+2价，也就是4s的2个电子丢失；丢失2个电子，最外层是3d^6，总容量为10，依然不稳定，可以再丢失一个，3d亚层变成5个电子，这时铁是+3价；弱氧化剂只能得到+2价铁原子，强氧化剂可以得到+3价铁原子（氧化能力就是夺取电子的能力）
  

6、元素周期表

• 质量数=质子数+中子数
• 横向叫一个周期，纵向叫一个族；一个周期中，从左到右，失去电子能力减弱，得到电子能力增强（一般居于该周期中部的元素会相对该周期其他元素稳定一些），金属性减弱氧化性增加
• 质子数相同成为核素（大部分元素都只有一个核素），此时中子数不同，则他们都是同位素，如氕（1质子0中子）氘（1质子1中子）氚（1质子2中子）
• 第n轨道电子数为：$2\ast n^2$,最外层轨道最多8个电子
• 氧化能力就是夺取电子的能力，变成稳定结构；O为2/6，缺2个电子，所以具有氧化性；F为2/7缺1个电子，更强的夺取电子的动机，氧化性比O强
• 离子键：$NaCl$中，Na的电子转移到Cl原子轨道上，形成稳定；
• 共价键：$HCl$中，H的电子和Cl的其中一个电子形成公用电子对，称为共价键，这样都满足H和Cl的电子稳定；有共价键的可以是$C{l}_2$也可以是化合物$HCl$；$C{l}_2$共价键不会偏向哪一边，叫非极性共价键；$HCl$中，Cl原子是吸引电子的一方，公用电子对偏向于Cl，所以Cl显负性，称为极性共价键；
• 化学键：离子键和共价键组合而成的结构称为化学键，是一个综合概念；化学反应就是旧的化学键断裂，新的化学键生成，这样的过程。