第2章 原子、分子與離子
化學
第二章
原子、分子與離子
本章內容
2.1 原子理論
2.2 原子的結構
2.3 原子序、質量數與同位數
2.4 週期表
2.5 分子與離子
2.6 化學式
2.7 化合物的命名
2.1 道耳吞的原子理論
元素是由稱為原子的極小粒子所組成。
相同元素的所有原子完全一樣 。
化合物是由兩種以上的元素所組成,其組成 元素的原子數目成簡單整數比。
定比定律:述及來自不同樣品的相同化合物之組成元素的質量比例固定。 (如圖 2.1)
2.1 道耳吞的原子理論
倍比定律:若兩元素可組成兩種以上的化合物,將其中一元素的質量固定,則另一
元素在不同化合物中的質量為簡單整數比。
(如圖2.2)
質量守恆定律物質:不能被創造也不能被毀
滅化學反應為組成原子的分離、結合或重排。
定比定律
倍比定律
2.2 原子的結構
原子的組成有電子、質子和中子
湯木生的陰極射線管實驗
測量電子電荷
密立根於油滴 實驗導出電子 的質量為 9.10
× 10
-28
g放射性
1895年,侖琴注意到陰極射線會導致玻璃及金屬 發射不尋常的射線,此高能輻射可穿透物質,誘 使許多物質發出螢光。由於此射線不受磁場感應
而偏折,所以不帶電荷,因不知其特性,故侖琴 稱之為 X 射線。貝克勒的學生居里夫人稱此自發 放射的粒子或輻射之性質為放射性。
放射性物質蛻變可產生三種射線,即α射線(帶正 電)β射線(帶負電)和具高能量的 γ 射線。
放射性元素的三種放射線
湯木生的原子模型
質子與原子核
拉塞福原子模型: 原子的大部分體積是空的原 子的正電荷集中極小的核心部位,稱為原子核,原子核的帶正電粒子稱為質子 。典型原子半徑 100pm(1A) 。
拉塞福原子模型
拉塞福的散射實驗
原子與原子核具像化的比喻
為原子中另一種不帶電次原子粒子,質量與質
子相當。中子
原子示意圖
2.3 原子序、質量數與同位素
原子皆能以其所含的質子及中子數目鑑別 。
原子序(Z)是原子核中的質子數目,中性原子的質 子數等於電子數,故原子序也隱涵為電子數。
質量數(A)為原子核中的質子與中子數總和 質量數=質子數+中子數
=原子序+中子數
同位素(isotopes),即原子序相同但質量數不同的 原子。
原子的原子序及質量數表示為
氫的三種同位素
2.4 週期表
是一種將具有類似化學性質及物理性質之元 素組織起來的圖示。
圖2.10為現代的週期表,元素依原子序的大 小順序排列。
水平的列稱為週期(periods),
垂直的行稱為族(groups),同族元素的化學性質 類似。元素依其與導電及導熱性分為次下三種:
1. 金屬metal:熱與電的良導體。
2. 非金屬nonmetal:對熱與電的傳導性差,
有17種元素。
3.類金屬metaloid:性質介於金屬與非金屬 之間,只有8種元素。
元素分類
週期表元素,由左至右金屬性逐漸轉為非金 屬。
同一類元素常用族的編號(1A、
2A
等)來稱呼。有些族則有其特定名稱。
1A族元素稱為鹼金屬alkali metals
2A族元素稱為鹼土金屬alkaline earth metals
7A族元素稱為鹵素halogens2.5 分子與離子
分子(molecule)由兩個以上的原子以化學力 (或稱化學鍵)結合成具特定結構的聚集體 。
離子(ion)為帶有淨正電荷或負電荷的原子或 原子群。依電性分為陽離子(cation)與陰離 子(anion) 。
2.6 化學式
化學式為表示分子及離子化合物組成所用的
化學符號。有兩種化學式:分子式及實驗式。
分子式表示組成物質最小單元的所有原子數 目。
分子模型
分子非常小,無法用肉眼觀察,常會以分子模 型表示。常見單原子離子
分子模型
.
實驗式
實驗式是表示分子中組成原子的最簡單整數 比 ,最簡單的化學式 ,分子式才是表示分 子的真實化學式。
離子化合物的化學式通常是以其實驗式表示,
因為離子化合物沒有特定的分子單位。
H
2
O2
、甲醇及氯仿的分子模型離子化合物
離子化合物的分子式以實驗式表示,因為離 子化合物沒有特定的分子單位。
其實驗式依照所含陽離子和陰離子的電荷寫 出使其呈電中性的化學式。例如
KBr ZnI
2
第2章 原子、分子與離子
離子化合物NaCl及MgO的生 成反應
2.7 化合物的命名
離子化合物
當化合物是由兩種元素組成時,則稱為二元化 合物(binary compound)。二元離子化合物的實 驗式是將陽離子寫在前面,陰離子寫在後面,而其中文命名是將陽離子的名稱放在後面,陰 離子的名稱放在前面,並加上「化」字,稱為 某化某,例如NaCl,氯化鈉。
陽離子的名稱直接來自於元素的名稱,有些 陰離子含不同的元素,如氫氧離子(OH) , 這類離子化合物的命名規則與二元離子化合 物相同,也稱為某化某,例如,LiOH稱為 氫氧化鋰,KCN稱為氰化鉀。多元酸根陰離 子(表2.2),其離子化合物的名稱為將酸根離 子的「根」改成陽離子即可,稱為某酸某。
例如,CaSO
4
稱為硫酸鈣 。生成離子化合物的活潑元素
過渡金屬元素
單原子陰離子
多種氧化金態屬離子
多種氧化金態屬離子,將陽離子的電荷數以 羅馬數字表示,加上括弧放在陽離子名稱的 後面,此種規則稱為史塔克系統。
分子化合物
二元化合物命名與離子化合物類似,英文名 稱把電負度較小的元素寫在前面,中文名稱 則是把電負度較大的元素放在前面,並加上
「化」字,寫成某化某。例如:
分子化合物
當兩個元素可以結合成不同 的化合物時,為了避免混淆,
在名稱上加入組成分子的原 子數目,例如:
分子化合物命名規則
以下是命名的一些規則:
若第一個元素的原子數為1時,將化合物名稱中 的「一」省略,例如,PCl3
稱為三氯化磷而不 是三氯化一磷。
若第二個元素的原子數為1時,則化合物名稱必 須加上「一」,例如N2
O稱為一氧化二氮而不 是氧化二氮。俗名
分子化合物含有氫原子時,不論是化學式的 寫法或 是命名,常出現例外的情況,這類 化合物通常以其俗名稱之,例如:
酸與鹼的命名
酸的命名
無機酸的氫原子寫在前面,陰離子寫在後面。
非含氧酸在不同的物理狀態下,有不同的名稱。例如:
HCl溶於水中的情形
含氧酸的命名
含氧酸oxoacid的化學式也是將H寫在前面,
此外則是將O寫在最後面,中間為中心原子。
每個含氧酸只有一個名稱,例如:
常見酸及其陰離子的命名
含氧酸命名(續)
有些中心原子可以形成兩種以上的含氧酸,
通常以最常見或最安定的形態稱為某酸,其 餘的形式則在字首加上一個字來區別
1個O原子時稱為過某酸,例如比多1個O,稱為 過氯酸。
比典型酸少1個O原子時稱為亞某酸,例如,HNO比HNO少1個O,稱為亞硝酸。
比典型酸少2個O原子時稱為次某酸,例如,HBrO少2個O,稱為次溴酸。
含氧酸的酸根為含氧陰離子(oxoanions),其 命名的規則如下:
當典型酸的所有氫離子都移去時,稱為某酸根,例如,CO
3 2-
為H2
CO3
的酸根離子,稱為碳酸根。
當亞某酸的所有氫離子都移去時,稱為亞某酸 根,例如,ClO2-
為 HClO2
的酸根離子,稱為 亞氯酸根。含氧酸命名(續)
含氧酸命名(續)
當酸的部分氫離子移去時,剩下的氫離子數 目必須出現在名稱上,例如:
硝酸、碳酸及磷酸分子模型
氯的含氧酸命名
鹼的命名
鹼是溶於水中可產生氫氧離子的物質,因此,
化學式通常含有OH-,稱為氫氧化某,例如:
水合物的命名
當化合物的化學式中含有特定數目的水分子 時,則稱為水合物
硫酸銅水合物與無水硫酸銅