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第2章 原子、分子與離子

化學

第二章

原子、分子與離子

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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

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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)

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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。

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定比定律

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倍比定律

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2.2 原子的結構

 原子的組成有電子、質子和中子

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湯木生的陰極射線管實驗

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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

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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。

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放射性元素的三種放射線

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湯木生的原子模型

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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

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拉塞福的散射實驗

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原子與原子核具像化的比喻

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為原子中另一種不帶電次原子粒子,質量與質

子相當。

中子

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原子示意圖

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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

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氫的三種同位素

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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。

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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

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 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halogens

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2.5 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) 。

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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。

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常見單原子離子

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分子模型

 .

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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。

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H

2

O

2

、甲醇及氯仿的分子模型

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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

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第2章 原子、分子與離子

離子化合物NaCl及MgO的生 成反應

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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。

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 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 。

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生成離子化合物的活潑元素

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過渡金屬元素

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單原子陰離子

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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。

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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:

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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:

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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,PCl

3

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N

2

O稱為一氧化二氮而不 是氧化二氮。

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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:

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(52)

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:

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HCl溶於水中的情形

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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:

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常見酸及其陰離子的命名

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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。

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 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H

2

CO

3

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,ClO

2-

為 HClO

2

的酸根離子,稱為 亞氯酸根。

含氧酸命名(續)

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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:

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硝酸、碳酸及磷酸分子模型

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氯的含氧酸命名

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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:

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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

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硫酸銅水合物與無水硫酸銅

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常見化合物俗名

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