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整洁美观的科学小报
科学小报素材
泡利的故事
奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)生于1900年,1958年就去世了。他是本世纪初一位罕见的天才,对相对论及量子力学都有杰出贡献,因发现“泡利不相容原理”(Exclusion Principle)而获1945年诺贝尔物理学奖。这个原理是他在1924年发现的,对原子结构的建立与对微观世界的认识有革命性的影响。
泡利在19岁(1919年)时就写了一篇关于广义相对论理论和实验结果的总结性论文。当时距爱因斯坦发表“广义相对论”(1916年)才3年,人们认为他这么年轻却有如此独到的见解,所以震惊了整个物理学界,从此他一举成名了。
关于泡利的故事很多,他以严谨、博学而著称,同时也以尖刻和爱挑刺而闻名。据说在一次国际会议上泡利见到了爱因斯坦,爱因斯坦演讲完后,泡利站起来说:“我觉得爱因斯坦不完全是愚蠢的”。
一次,在后来发现反质子的意大利物理学家塞格雷做完一个报告和泡利等离开会议室时,泡利对他说:“我从来没有听过象你这么糟糕的报告。”当时塞格雷一言未发。泡利想了一想,又回过头对与他们同行的瑞士物理化学家布瑞斯彻说:“如果是你做报告的话,情况会更加糟糕。当然,你上次在苏黎士的开幕式报告除外。”
另一次泡利想去一个地方,但不知道该怎么走,一位同事告诉了他。后来这位同事问他,那天找到那个地方没有,他反而讽刺人家说:“在不谈论物理学时,你的思路应该说是清楚的。”
泡利对他的学生也很不客气,有一次一位学生写了论文请泡利看,过了两天学生问泡利的意见,泡利把论文还给他说:“连错误都够不上。”
但泡利被玻尔称作“物理学的良知”,因为他的敏锐和审慎挑剔,使他具有一眼就能发现错误的能力。在物理学界还曾笑谈存在一种“泡利效应”--当泡利在哪里出现时,那儿的人不管做理论推导还是实验操作一定会出岔子。
而当泡利说:“哦,这竟然没什么错”时,通常表示一种非常高的赞许。一则笑话说,泡利死后去见上帝,上帝把自己对世界的设计方案给他看,泡利看完后耸耸肩,说道:“你本来可以做得更好些……”
海洋科普知识
海洋的形成
海洋是怎样形成的?海水是从哪里来的?
对这个问题目前科学还不能作出最后的答案,这是因为,它们与另一个具有普遍性的、同样未彻底解决的太阳系起源问题相联系着。
现在的研究证明,大约在50亿年前,从太阳星云中分离出一些大大小小的星云团块。它们一边绕太阳旋转,一边自转。在运动过程中,互相碰撞,有些团块彼此结合,由小变大,逐渐成为原始的地球。星云团块碰撞过程中,在引力作用下急剧收缩,加之内部放射性元素蜕变,使原始地球不断受到加热增温;当内部温度达到足够高时,地内的物质包括铁、镍等开始熔解。在重力作用下,重的下沉并趋向地心集中,形成地核;轻者上浮,形成地壳和地幔。在高温下,内部的水分汽化与气体一起冲出来,飞升入空中。但是由于地心的引力,它们不会跑掉,只在地球周围,成为气水合一的圈层。
位于地表的一层地壳,在冷却凝结过程中,不断地受到地球内部剧烈运动的冲击和挤压,因而变得褶皱不平,有时还会被挤破,形成地震与火山爆发,喷出岩浆与热气。开始,这种情况发生频繁,后来渐渐变少,慢慢稳定下来。这种轻重物质分化,产生大动荡、大改组的过程,大概是在45亿年前完成了。
地壳经过冷却定形之后,地球就像个久放而风干了的苹果,表面皱纹密布,凹凸不平。高山、平原、河床、海盆,各种地形一应俱全了。
在很长的一个时期内,天空中水气与大气共存于一体;浓云密布。天昏地暗,随着地壳逐渐冷却,大气的温度也慢慢地降低,水气以尘埃与火山灰为凝结核,变成水滴,越积越多。由于冷却不均,空气对流剧烈,形成雷电狂风,暴雨浊流,雨越下越大,一直下了很久很久。滔滔的洪水,通过千川万壑,汇集成巨大的水体,这就是原始的海洋。
原始的海洋,海水不是咸的,而是带酸性、又是缺氧的。水分不断蒸发,反复地形云致雨,重又落回地面,把陆地和海底岩石中的盐分溶解,不断地汇集于海水中。经过亿万年的积累融合,才变成了大体匀的咸水。同时,由于大气中当时没有氧气,也没有臭氧层,紫外线可以直达地面,靠海水的保护,生物首先在海洋里诞生。大约在38亿年前,即在海洋里产生了有机物,先有低等的单细胞生物。在6亿年前的古生代,有了海藻类,在阳光下进行光合作用,产生了氧气,慢慢积累的结果,形成了臭氧层。此时,生物才开始登上陆地。
总之,经过水量和盐分的逐渐增加,及地质历史上的沧桑巨变,原始海洋逐渐演变成今天的海洋。
必修二的化学内容是我们在高一的下半个学期要学习的,这个模块的内容是比较重要的,在第一章的第一节内容中,我们将会学习物质结构和元素周期律的知识。下面是百分网小编为大家整理的高中化学必备的知识点,希望对大家有用!
化学必修2第一章第一节知识
物质结构 元素周期律
一、原子结构
注意:质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
原子序数=核电荷数=质子数=原子的核外电子数
熟背前20号元素,熟悉1~20号元素原子核外电子的排布:
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca
2.原子核外电子的排布规律:
①电子总是尽先排布在能量最低的电子层里;
②各电子层最多容纳的电子数是2n2;
③最外层电子数不超过8个(K层为最外层不超过2个),次外层不超过18个,倒数第三层电子数不超过32个。
3.元素、核素、同位素
元素:具有相同核电荷数的同一类原子的总称。
核素:具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子。
同位素:质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。(对于原子来说)
二、元素周期表
1.编排原则:
①按原子序数递增的顺序从左到右排列
②将电子层数相同的各元素从左到右排成一横行。(周期序数=原子的电子层数)
③把最外层电子数相同的元素按电子层数递增的顺序从上到下排成一纵行。
主族序数=原子最外层电子数
2.结构特点:
三、元素周期律
1.元素周期律:元素的性质(核外电子排布、原子半径、主要化合价、金属性、非金属性)随着核电荷数的递增而呈周期性变化的规律。元素性质的周期性变化实质是元素原子核外电子排布的周期性变化的必然结果。
2.同周期元素性质递变规律
第三周期元素
11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
(1)电子排布
电子层数相同,最外层电子数依次增加
(2)原子半径
原子半径依次减小
—
(3)主要化合价
+1
+2
+3
+4
-4
+5
-3
+6
-2
+7
-1
—
(4)金属性、非金属性
金属性减弱,非金属性增加
—
(5)单质与水或酸置换难易
冷水
剧烈
热水与
酸快
与酸反
应慢
——
—
(6)氢化物的化学式
——
SiH4
PH3
H2S
HCl
—
(7)与H2化合的难易
——
由难到易
—
(8)氢化物的稳定性
——
稳定性增强
—
(9)最高价氧化物的化学式
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
P2O5
SO3
Cl2O7
—
最高价氧化物对应水化物
(10)化学式
NaOH
Mg(OH)2
Al(OH)3
H2SiO3
H3PO4
H2SO4
HClO4
—
(11)酸碱性
强碱
中强碱
两性氢
氧化物
弱酸
中强
酸
强酸
很强
的酸
—
(12)变化规律
碱性减弱,酸性增强
—
第ⅠA族碱金属元素:Li Na K Rb Cs Fr(Fr是金属性最强的元素,位于周期表左下方)
第ⅦA族卤族元素:F Cl Br I At(F是非金属性最强的元素,位于周期表右上方)
判断元素金属性和非金属性强弱的方法:
(1)金属性强(弱)——①单质与水或酸反应生成氢气容易(难);②氢氧化物碱性强(弱);③相互置换反应(强制弱)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。
(2)非金属性强(弱)——①单质与氢气易(难)反应;②生成的氢化物稳定(不稳定);③最高价氧化物的水化物(含氧酸)酸性强(弱);④相互置换反应(强制弱)2NaBr+Cl2=2NaCl+Br2。
高中化学一基础知识点
一、氧化物
1、Al2O3的性质:氧化铝是一种白色难溶物,其熔点很高,可用来制造耐火材料如坩锅、耐火管、耐高温的实验仪器等。
Al2O3是两性氧化物:既能与强酸反应,又能与强碱反应:
Al2O3+ 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O (Al2O3+6H+=2Al3++3H2O )
Al2O3+ 2NaOH == 2NaAlO2 +H2O(Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O)
2、铁的氧化物的性质:FeO、Fe2O3都为碱性氧化物,能与强酸反应生成盐和水。
FeO+2HCl =FeCl2 +H2O
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
二、氢氧化物
1、氢氧化铝 Al(OH)3
①Al(OH)3是两性氢氧化物,在常温下它既能与强酸,又能与强碱反应:
Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O(Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O)
Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O(Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O)
②Al(OH)3受热易分解成Al2O3:2Al(OH)3==Al2O3+3H2O(规律:不溶性碱受热均会分解)
③Al(OH)3的制备:实验室用可溶性铝盐和氨水反应来制备Al(OH)3
Al2(SO4)3+6NH3·H2O=2 Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4
(Al3++3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4+)
因为强碱(如NaOH)易与Al(OH)3反应,所以实验室不用强碱制备Al(OH)3,而用氨水。
2、铁的氢氧化物:氢氧化亚铁Fe(OH)2(白色)和氢氧化铁Fe(OH)3(红褐色)
①都能与酸反应生成盐和水:
Fe(OH)2+2HCl=FeCl2+2H2O(Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O)
Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O(Fe(OH)3 + 3H+ = Fe3+ + 3H2O)
②Fe(OH)2可以被空气中的氧气氧化成Fe(OH)3
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3(现象:白色沉淀→灰绿色→红褐色)
③Fe(OH)3受热易分解生成Fe2O3:2Fe(OH)3==Fe2O3+3H2O
3、氢氧化钠NaOH:俗称烧碱、火碱、苛性钠,易潮解,有强腐蚀性,具有碱的通性。
三、盐
1、铁盐(铁为+3价)、亚铁盐(铁为+2价)的性质:
①铁盐(铁为+3价)具有氧化性,可以被还原剂(如铁、铜等)还原成亚铁盐:
2FeCl3+Fe=3FeCl2( 2Fe3++Fe=3Fe2+ )(价态归中规律)
2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2( 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+ )(制印刷电路板的反应原理)
亚铁盐(铁为+2价)具有还原性,能被氧化剂(如氯气、氧气、硝酸等)氧化成铁盐:
2FeCl2+Cl2=2FeCl3 ( 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- )
②Fe3+离子的检验:
a.溶液呈黄色;
b.加入KSCN(硫氰化钾)溶液变红色;
c.加入NaOH溶液反应生成红褐色沉淀[Fe(OH)3]。
Fe2+离子的检验:
a.溶液呈浅绿色;
b.先在溶液中加入KSCN溶液,不变色,再加入氯水,溶液变红色;
c.加入NaOH溶液反应先生成白色沉淀,迅速变成灰绿色沉淀,最后变成红褐色沉淀。
2、钠盐:Na2CO3与NaHCO3的性质比较
Na2CO3
NaHCO3
俗称
纯碱、苏打
小苏打
水溶性比较
Na2CO3 > NaHCO3
溶液酸碱性
碱性
碱性
与酸反应剧烈程度
较慢(二步反应)
较快(一步反应)
与酸反应
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
CO32-+2H+=CO2↑+H2O
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
HCO3-+H+=H2O+CO2↑
热稳定性
加热不分解
加热分解
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2↑
与CO2反应
Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
不反应
与NaOH溶液反应
不反应(不能发生离子交换)
NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
HCO3-+OH-=H2O+CO32-
与Ca(OH)2溶液反应
Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH
Ca2++CO32-=CaCO3↓
也能反应生成CaCO3沉淀
与CaCl2溶液反应
有CaCO3沉淀
不反应
用途
洗涤剂,玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业
发酵粉、灭火剂、治疗胃酸过多(有胃溃疡时不能用)
相互转化
Na2CO3 NaHCO3
高中化学必背知识
原子结构与性质
1、电子云:用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫电子云图。离核越近,电子出现的机会大,电子云密度越大;离核越远,电子出现的机会小,电子云密度越小。
2、电子层(能层):根据电子的能量差异和主要运动区域的不同,核外电子分别处于不同的电子层.原子由里向外对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P、Q.
3、原子轨道(能级即亚层):处于同一电子层的原子核外电子,也可以在不同类型的原子轨道上运动,分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道,s轨道呈球形、p轨道呈纺锤形,d轨道和f轨道较复杂.各轨道的伸展方向个数依次为1、3、5、7。
4、原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道(亚层)和自旋方向来进行描述.在含有多个核外电子的原子中,不存在运动状态完全相同的两个电子。
5、原子核外电子排布原理:
(1)能量最低原理:电子先占据能量低的轨道,再依次进入能量高的轨道;
(2)泡利不相容原理:每个轨道最多容纳两个自旋状态不同的电子;
(3)洪特规则:在能量相同的轨道上排布时,电子尽可能分占不同的轨道,且自旋状态相同。
洪特规则的特例:在等价轨道的全充满(p6、d10、f14)、半充满(p3、d5、f7)、全空时(p0、d0、f0)的状态,具有较低的能量和较大的稳定性.如24Cr [Ar]3d54s1、29Cu [Ar]3d104s1
6、根据构造原理,基态原子核外电子的排布遵循图⑴箭头所示的顺序。
根据构造原理,可以将各能级按能量的差异分成能级组如图⑵所示,由下而上表示七个能级组,其能量依次升高;在同一能级组内,从左到右能量依次升高。基态原子核外电子的排布按能量由低到高的顺序依次排布。
7、第一电离能:气态电中性基态原子失去1个电子,转化为气态基态正离子所需要的能量叫做第一电离能。常用符号I1表示,单位为kJ/mol。
(1)原子核外电子排布的周期性
随着原子序数的增加,元素原子的外围电子排布呈现周期性的变化:每隔一定数目的元素,元素原子的外围电子排布重复出现从ns1到ns2np6的周期性变化.
(2)元素第一电离能的周期性变化
随着原子序数的递增,元素的第一电离能呈周期性变化:
同周期从左到右,第一电离能有逐渐增大的趋势,稀有气体的第一电离能最大,碱金属的第一电离能最小;
同主族从上到下,第一电离能有逐渐减小的趋势。
说明:
①同周期元素,从左往右第一电离能呈增大趋势。电子亚层结构为全满、半满时较相邻元素要大即第 ⅡA 族、第 ⅤA 族元素的第一电离能分别大于同周期相邻元素。Be、N、Mg、P
②元素第一电离能的运用:
a.电离能是原子核外电子分层排布的实验验证
b.用来比较元素的金属性的强弱。I1越小,金属性越强,表征原子失电子能力强弱。
(3)元素电负性的周期性变化
元素的电负性:元素的原子在分子中吸引电子对的能力叫做该元素的电负性。
随着原子序数的递增,元素的电负性呈周期性变化:同周期从左到右,主族元素电负性逐渐增大;同一主族从上到下,元素电负性呈现减小的趋势。
电负性的运用:
a.确定元素类型(一般>1.8,非金属元素;<1.8,金属元素)。
b.确定化学键类型(两元素电负性差值>1.7,离子键;<1.7,共价键)。
c.判断元素价态正负(电负性大的为负价,小的为正价)。
d.电负性是判断金属性和非金属性强弱的重要参数(表征原子得电子能力强弱)。
想必有很多人都知道黑洞,但是现在人们对黑洞的探索也仅在表面。下面是百分网小编为你精心推荐的黑洞形成的原理,希望对您有所帮助。
黑洞形成的最基本原理
黑洞是一种引力极强的天体,就连光也能被吞噬。当恒星死亡时,巨大的内核崩塌并收缩,导致引力被浓缩到一个很小的区域,当这个范围小到一定程度(小于史瓦西半径)时,就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。
至于黑洞是怎么形成的,当一个比质量大8倍以上的恒星死亡时,它们会在引力的挤压下发生爆炸,形成超新星。科学家们发现,有些恒星更为庞大。这些超巨星比太阳还重100倍,它们死亡时引发了宇宙中最剧烈地爆炸,形成了超超新星,黑洞就是这样诞生的。
我们以大犬座VY超巨星为例,它是人类已知的最大恒星,直径约30亿公里。像所有恒星一样,它就像一个不断向外喷发能量的核聚变反应堆,于此同时它的强大引力向内挤压。几百万年以来,核聚变和引力互相抗衡。当恒星的燃料耗尽,核聚变也随之停止,引力赢得了最终的胜利!
一毫秒后,恒星的内核被引力压缩至原体积的几分之一,一个婴儿黑洞诞生了。它立即从内部开始吞噬恒星的剩余部分,其吞噬速度相当于每秒100万个地球质量。这一过程只需要不到几毫秒,恒星的其它部分甚至还没有反应过来,内核就已经被吞噬了,所以此时恒星已经成为了行尸走肉。
随后,失去内核的恒星整体结构开始向黑洞中心轰然倒塌并引发剧烈爆炸,爆炸产生的能量可以比太阳100亿内里释放的所有能量还多100多倍。当恒星爆炸的灰烬散去之后,黑洞将从恒星的内部显现出来。
黑洞形成原因
宇宙早期的星云物质--绝大部 分是氢的极其稀薄的气体--由于自身的引力作用而收缩成恒星。由于收缩过程中气体原子相互碰 撞的频率和速度越来越高,导致气体温度上升并最终使恒星发光。当温度如此之高,以致于氢原 子碰撞后不再离开而是聚合成氦,这被称为"热核聚变"。聚变释放出的巨大能量使恒星气体的压 力进一步升高,并达到足以平衡恒星内部引力的程度,于是恒星的收缩停止下来,并在相当长的 时间里稳定地燃烧。当恒星耗尽了这些氢之后,由于核反应的减弱而开始变冷,恒星气体的压力 不足以抵抗自身引力的而导致恒星重新开始收缩。恒星中的氦元素发生聚变形成碳或氧之类较重 的元素。但这一过程并没有释放太多的能量,恒星继续收缩。
诺贝尔奖得主,印度裔美籍科学家强德拉塞卡在1928年指出,由于"泡利不相容原理"(在同 一轨道不存在两个运动状态完全相同的粒子)的作用,当恒星进一步缩小时,物质粒子靠得非常 近并且必须严格地遵守不相容原理,因而粒子之间发散的趋势平衡了恒星自身的引力,使恒星不 再缩小。如果这个不相容原理引起的排斥力是电子间产生的,那么恒星将坍缩成为一颗半径为几 千英里,密度为每立方英寸几百吨的冷恒星--"白矮星"。科学家们已经观测到大量的白矮星。坍 缩的另一种形式为"中子星"--它上面的的电子早已被引力拉到质子上,因此这种恒星全部由中子 组成,并靠中子间不相容原理引起的排斥力抗衡自身引力以维持"体形"。它们的半径只有10英里 左右,密度为每立方英寸几亿吨。中子星同样已经为观测所证实。
强德拉塞卡同时计算出,当恒星质量大于太阳质量的一倍半时,即使不相容原理也无法阻挡 恒星的继续坍缩,恒星将无休止的收缩,直至体积为零!此时的物质密度和空间--时间曲率将无 穷大。所有的科学定律将在此失效。这就是我们前面所提到的"黑洞奇点"。
事实上存在着这样一种情形:超过强德拉塞卡极限的恒星在耗尽自己的燃料时,它们可能会 在被称为"超新星爆发"的巨大爆炸中抛出大量的物质,使自己降到极限质量之下从而避免坍缩。 但这不可能总是发生,即使总是发生,那么如果将额外的物质加在白矮星或中子星上,结果又将 这样呢?
科学家们感到震惊,他们无法相信这一理论并对它怀有敌意。他们纷纷撰文试图证明恒星 体积不会收缩到零,这其中也包括爱因斯坦。
但是,史蒂芬·霍金和罗杰·彭罗斯于1965和1970年的研究指出,如果广义相对论正确的话 那么在黑洞中必然存在着无限大密度和空间--时间曲率的奇点。这个奇点和大爆炸类似,是一切 事件的终结之处,科学定律可预见性都将失效。
黑洞的存在争议
相关论文分别发表在著名的预印本网站ArXiv和《物理快报B》杂志上。“得出这个结论后,即便我本人都感到十分震撼。”提出这一理论的美国北卡罗来纳大学教堂山分校理论物理学教授劳拉·梅尔西尼—霍顿这样描述自己的感受。她说:“科学家们研究这个问题已经超过了50年,而这个解决方案给了我们许多新的思考。”1974年,霍金通过量子力学的方法得出结论:黑洞不仅能够吸收黑洞外的物质,同样也能以热辐射的方式向外“吐出”物质。而这种量子力学现象,就被称为霍金辐射。物理学家组织网2014年9月25日(北京时间)报道称,新研究中梅尔西尼—霍顿描述了一种全新的方案。她和霍金都同意,当恒星因自身的引力发生坍塌时会产生霍金辐射。但梅尔西尼—霍顿认为,发出这种辐射后,恒星的质量也会不断地发生损失。正因为如此,当这些恒星坍缩时就不可能达到形成黑洞所必须的质量密度。她认为,垂死的恒星在发生最后一次膨胀后,就会爆炸,然后消亡,奇点永远不会形成,黑洞视界也不会出现。
根本就不会存在像黑洞这样的东西。其实早在今年年初,霍金就曾通过论文指出在经典理论中黑洞是不存在的,他承认自己最初有关视界的认识是有缺陷的,并提出了新的“灰洞”理论。该理论认为,物质和能量在被黑洞困住一段时间以后,又会被重新释放到宇宙中。黑洞这一定义在经过漫长的时间推测后,已经慢慢被人们所接受。然而霍金今年年初发文否认黑洞的存在,取而代之提出了“灰洞”理论,这在物理学界掀起了不小的波澜。如今,梅尔西尼—霍顿直截了当地称“根本就不会存在像黑洞这样的东西”,这无疑成为又一枚重磅炸弹——尽管梅尔西尼—霍顿远不及霍金出名。当然,想以一己之力推翻既有的理论并不那么容易,需要更多有说服力的证据加以佐证。