化学理解 - 思维导图
中心主题：化学
中心定义：化学是研究物质的组成、结构、性质、变化规律以及能量转化的自然科学。
第一分支：核心概念
- 物质
- 定义: 客观存在并占据空间的实体。
- 分类:
- 按状态: 固体、液体、气体、等离子体、玻色-爱因斯坦凝聚态。
- 按组成: 纯净物、混合物。
- 纯净物: 单质、化合物。
- 混合物: 均匀混合物（溶液）、非均匀混合物（悬浊液、乳浊液）。
- 变化
- 物理变化: 没有新物质生成的变化（如：状态改变、形状改变）。
- 化学变化: 有新物质生成的变化（即化学反应）。
- 特征: 发光放热、变色、生成气体、生成沉淀。
- 结构决定性质
- 微观结构: 原子结构、分子结构、晶体结构。
- 宏观性质: 物理性质（颜色、状态、密度、熔沸点）、化学性质（酸性、碱性、氧化性、还原性）。
- 能量
- 化学反应中的能量变化: 吸热反应、放热反应。
- 化学能与热能、电能、光能的转化。
第二分支：基本理论
- 原子结构理论
- 模型演变: 道尔顿原子模型 → 汤姆生“葡萄干布丁”模型 → 卢瑟福核式结构模型 → 玻尔原子模型 → 量子力学模型（电子云）。
- 核心组成:
- 原子核: 质子 (带正电)、中子 (不带电)。
- 核外电子: 带负电，在电子云中运动。
- 关键概念:
- 原子序数 (Z) = 质子数 = 核外电子数。
- 质量数 (A) = 质子数 + 中子数。
- 同位素: 质子数相同，中子数不同的原子。
- 元素周期律
- 基础: 原子序数（核电荷数）。
- 元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化。
- 体现: 元素周期表。
- 周期: 电子层数相同的元素排成一横行。
- 族: 最外层电子数相同的元素排成一纵列。
- 规律:
- 原子半径: 同周期从左到右递减，同主族从上到下递增。
- 金属性/非金属性: 同周期从左到右金属性减弱，非金属性增强；同主族从上到下金属性增强，非金属性减弱。
- 化学键
- 定义: 相邻原子间强烈的相互作用力。
- 类型:
- 离子键: 得失电子，阴阳离子间的静电作用（存在于离子化合物中，如 NaCl）。
- 共价键: 共用电子对，原子间通过共用电子对结合（存在于共价化合物中，如 H₂O, CO₂）。
- 极性共价键: 电子对不均匀分布。
- 非极性共价键: 电子对均匀分布。
- 金属键: 金属原子脱离出的电子（自由电子）与金属阳离子之间的作用（存在于金属单质中）。
- 化学反应速率与化学平衡
- 化学反应速率: 单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。
- 影响因素: 浓度、温度、压强（对气体）、催化剂、表面积。
- 化学平衡:
- 定义: 在可逆反应中，正反应速率和逆反应速率相等，各组分浓度不再改变的状态。
- 特征: 动态平衡、各组分浓度恒定、外界条件改变时平衡可能移动（勒夏特列原理）。
- 化学反应速率: 单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加。
第三分支：重要分支学科
- 无机化学
- 研究对象: 除有机物以外的所有元素及其化合物。
- :
- 元素化学: 碱金属、碱土金属、卤素、氧族、氮族等元素及其化合物的性质和反应。
- 配位化学: 研究配位化合物的组成、结构和性质。
- 固体化学: 研究固体的结构、合成和性质。
- 有机化学
- 研究对象: 碳氢化合物及其衍生物。
- :
- 烃: 饱和烃（烷烃）、不饱和烃（烯烃、炔烃）、芳香烃。
- 烃的衍生物: 卤代烃、醇、酚、醛、羧酸、酯等。
- 基本反应类型: 取代、加成、消去、氧化还原、聚合等。
- 高分子化学: 研究聚合物（塑料、橡胶、纤维）的合成、结构和性能。
- 物理化学
- 研究对象: 用物理学的原理和方法研究化学问题。
- :
- 热力学: 研究化学反应中的能量变化（焓变、熵变、吉布斯自由能）。
- 动力学: 研究化学反应的速率和机理。
- 电化学: 研究化学能与电能的相互转化（原电池、电解池）。
- 结构化学: 深入研究原子、分子、晶体的结构和性质。
- 分析化学
- 研究对象: 物质的化学组成、含量、结构和形态。
- :
- 定性分析: 确定物质“是什么”。
- 定量分析: 确定物质“有多少”。
- 常用方法: 滴定分析、光谱分析、色谱分析、质谱分析等。
- 高分子化学与物理
- 研究对象: 高分子化合物的合成、反应、结构、性能及其应用。
- 生物化学
- 研究对象: 生物体内的化学过程，如新陈代谢、酶催化、遗传信息传递等。
- 环境化学
- 研究对象: 研究化学物质在环境中的来源、迁移、转化、效应和控制。
第四分支：核心技能与方法
- 化学语言
- 化学式: 用元素符号表示物质组成的式子。
- 化学方程式: 用化学式表示化学反应的式子，遵循“质量守恒、元素守恒”。
- 离子方程式: 表示离子之间反应的式子。
- 电子式、结构式、结构简式: 表示微观粒子结构的式子。
- 化学计算
- 物质的量: 连接微观粒子与宏观物质的桥梁。
- 核心公式:
n = m/M = N/N_A = V/V_m(n: 物质的量, m: 质量, M: 摩尔质量, N: 粒子数, N_A: 阿伏伽德罗常数, V: 气体体积, V_m: 摩尔体积)。 - 计算类型: 有关化学方程式的计算、溶液浓度计算（物质的量浓度 c = n/V）。
- 实验探究
- 基本操作: 称量、溶解、过滤、蒸发、蒸馏、萃取、分液。
- 常用仪器: 试管、烧杯、量筒、容量瓶、滴定管、酒精灯等。
- 实验设计: 控制变量法、对比法。
- 安全规范: 了解并遵守实验室安全守则。
第五分支：应用与前沿
- 日常生活
食品加工、烹饪、洗涤用品、化妆品、药物合成。
- 工业生产
- 三大合成材料: 塑料、合成橡胶、合成纤维。
- 冶金: 金属的冶炼和提纯。
- 能源: 石油化工、天然气、煤化工、电池技术。
- 高科技领域
- 材料科学: 纳米材料、半导体材料、超导材料、智能材料。
- 生命科学: 药物研发、基因工程、生物传感器。
- 信息技术: 芯片制造、显示技术、光纤通信。
- 环境科学: 水处理、大气污染控制、绿色化学。
- 前沿交叉领域
- 计算化学: 利用计算机模拟化学过程。
- 化学生物学: 用化学工具研究生命现象。
- 超分子化学: 研究分子间的非共价作用力组装而成的功能体系。
第六分支：哲学与思想
- 微观与宏观的联系: 从原子、分子层面解释宏观物质的性质和变化。
- 量变与质变: 元素周期律是量变引起质变的典范。
- 对立统一: 化学反应中的“氧化-还原”、“酸-碱”、“化学平衡”等都是对立统一的体现。
- 可持续发展: “绿色化学”的理念，旨在从源头上减少或消除化学工业对环境的负面影响。
