第一篇化学品安全概论
第1章化学概论
化学是自然科学中的一门重要学科，其内容是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化及其在变化过程中的能量关系。现代科学证实，物质由原子和分子组成，物质永远处于不断运动、变化、发展的状态。化学变化就是物质的运动形式之一—物质的化学运动。研究化学的目的在于认识物质的性质及物质化学运动的规律，并将这些规律应用于生产。物质的性质取决于物质的组成和结构，为了从本质上掌握化学变化的规律，必须首先研究物质的组成、结构、性质及其相互关系。此外，化学变化中还常出现放热、吸热、光、电等现象。总之，化学是研究物质的组成、结构、性质变化规律及伴随变化发生的现象的科学。
自然界的物质种类繁多，但它们基本由到目前为止已发现的118种元素中的一种或几种构成。其中碳元素形成的化合物较为复杂，数量也远远超过由其他元素构成的化合物的总和，这些复杂的碳化合物是构成生物有机体的主要成分。因此，化学又初步划分为有机化学和无机化学。有机化学是专门研究碳化合物的化学；无机化学则是研究除碳元素以外的所有元素及其化合物的化学。
1.1基本概念
1.1.1化学中的基本概念
1.元素与原子
元素又称化学元素。化学元素的现代概念是：元素是原子核中质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称。例如，不论存在于单质或化合物中的氧原子，总称为氧元素，因为它们的原子核中都含有8个质子，核电荷数都是8。2016年6月8日，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）将新发现或合成的4种元素分别命名为Nihonium（Nh，113）、Moscovium（Mc，115）、Tennessine（Ts，117）和Oganesson（Og，118），至此，人们共发现或合成了118种元素[3]。根据它们所形成的单质的性质，把元素分为金属元素和非金属元素两大类。世界上存在的数百万种化合物，就是由这些元素以不同方式互相结合而成的。
2.核素和同位素
具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子称为核素，便是一种核素，元素符号左下角的数字表示质子数，左上角的数字表示质量数，质量数为该原子的质子数及中子数之和。由于一种元素的质子数是固定不变的，如氧元素的质子数为8，碳元素的质子数为6，因此上述两种核素可分别简写为和。
质子数相同而中子数不同的不同核素互称为同位素，因为它们在元素周期表中占据同一个位置。例如，和三种核素同属氢元素。天然存在的某种元素，不论是游离态还是化合态，其各种同位素原子间的相对质量分数是不变的。这个相对质量分数也称“丰度”。通常使用的元素相对原子质量，是由各种天然同位素原子的质量和相对质量分数计算出来的平均数值。
3.原子质量、分子质量和式量
由于大多数元素含有同位素，因此元素的原子质量实际上是该元素包括各种同位素的平均原子质量。同样，元素的相对原子质量实际上是该元素包括各种同位素的平均相对原子质量。
相对原子质量和平均原子质量虽然都是以碳12为基准，但两者概念不同。对于同一种元素，虽然相对原子质量和平均原子质量的数值相同，但平均原子质量有单位u，而相对原子质量则是一个没有单位的相对量。分子是由原子组成的，只要知道组成分子的元素及其原子数目，就可以写出分子式，计算出分子质量。分子质量等于组成该分子的各原子的原子质量的总和。和相对原子质量一样，相对分子质量也是没有单位的相对量。
式量是化学式中各原子的原子量的总和，原子的相对原子质量、分子的相对分子质量都可以称作式量。量和相对原子质量、相对分子质量一样，都是没有单位的相对量。
4.原子结构
原子是由带正电荷的原子核和在核外做高速运动的带负电荷的电子组成的。原子核是由一定数目的质子和中子构成的。电子带一个单位负电荷，质子带一个单位正电荷，中子不带电。所以原子核所带正电荷数等于核内质子数。试验证明，原子是电中性的，所以原子核所带正电荷数与其核外电子所带负电荷数相等。
根据质子数决定元素的种类。不同元素原子的质子数不同，核电荷数不同，核外电子数也不同。将已发现的118种元素按核电荷数从小到大依次排列起来得到的顺序号称为元素的原子序数，通常用1表示。
原子序数（Z）=核电荷数=核内质子数=核外电子数
原子是一种电中性的微粒，其直径约为。原子核更小，其体积约为原子体积的，但原子的质量主要集中在原子核上，因此原子的质量由核内质子数和中子数决定。原子中质子数和中子数之和称为原子的质量数，通常用A表示。
原子质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）
5.元素周期律
人们已经发现的118种元素，构成了自然界千千万万种性质各异的物质。为了了解各种物质性质间的差异和内在联系，现将原子序数为1～18的元素按核电荷数递增的顺序排列，并将它们的一些主要性质列于表1-1中。
由表1-1可以看出以下规律。
1）原子半径
由碱金属元素锂和钠到卤素氟与氯，随着原子序数的递增，元素原子的半径呈周期性变化。
2）化合价
11号到17号元素依次再现了3号到9号元素的化合价递变规律，即元素的化合价随着原子序数的递增呈周期性变化。
3）金属性与非金属性
从锂到氟是由*活泼的金属元素逐渐过渡到*活泼的非金属元素，从钠到氯是由很活泼的金属元素逐渐过渡到很活泼的非金属元素。
4）*高价氧化物水合物的酸碱性
从锂到氟、从钠到氯对应的氧化物水合物的碱性依次减弱，酸性依次增强，即元素化合物的性质随着原子序数的递增呈周期性变化。
俄国化学家门捷列夫在上述基础上明确指出：元素的性质随着相对原子质量的递增呈周期性的变化。这就是早期有名的元素周期律。随着现代科学技术的发展，人们逐渐认识到随着原子序数的递增，元素原子的*外层电子排布呈现周期性的变化，这是元素性质呈现周期性变化的内在原因。
根据元素周期律，把元素以表格的形式排列起来就形成了元素周期表。
6.元素周期表
元素周期律的表格形式称为元素周期表。它反映了元素的个性与共性，元素性质与原子结构的相互关系。元素周期表有多种形式，也有长式和短式之分，目前广泛使用的是长式周期表。长式周期表的结构介绍如下。
1）周期
元素周期表有7个横排，每个横排为一周期，共7个周期。元素所在的周期数等于该元素原子的电子层数。
第一周期只有氢和氦两种元素，称为特短周期，它们只有一个电子层。
第二周期有8种元素，它们有两个电子层。第三周期也有8种元素，它们有3个电子层。第二、三周期称为短周期。
第四、五周期各有18种元素，它们分别有4个和5个电子层，这两个周期称为长周期。
第六周期有32种元素，它们有6个电子层，其中57号到71号元素因性质非常相近，在周期表中只占一个方格，称为“镧系元素”；第七周期也有32种元素，这些元素有7个电子层，其中89号到103号元素因性质相近，在周期表中也只占一个方格，称为“锕系元素”。第六、七周期称为特长周期。
从上述结论可以看出：元素性质周期的变化是元素原子核外电子排布周期性变化的必然结果。除第一周期外，每周期从左到右，元素原子的*外层电子数都是由1个逐渐增加到8个，相应的元素从碱金属开始，*后是惰性气体。除氦的*外层电子数为2个外，其余惰性气体原子的*外层电子数都是8个。
2）族
元素周期表共有18个纵行，除8、9、10三个纵行统称为第珊族外，其余每一纵行为一族，共16个族。族又分为主族和副族。周期表左边2个族和右边6个族都是主族
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