2.1 原子說 2.1 原子說

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第二章 第二章 原子 原子 • • 分子及離子 分子及離子

楊 啟 榮 博士

教 授

國立台灣師範大學 機電科技學系

Department of Mechatronic Technology National Taiwan Normal University

Tel: 02-7734-3506; 0955-052-392 E-mail: ycr@ntnu.edu.tw

台灣師範大學機電科技學系 C. R. Yang, NTNU MT

本章大綱 本章大綱

y 2.1 原子說 y 2.2 原子結構

{ 電子‧輻射能‧質子及原子核‧中子 y 2.3 原子序，質量數，及核同位素

{ 例題2.1

y 2.4 週期表 y 2.5 分子及離子

{ 分子‧離子 y 2.6 化學式

{ 分子式‧實驗式‧例題2.2‧離子式 y 2.7 化合物的命名

{ 離子化合物‧ 例題2.4‧分子化合物‧ 例題2.6‧酸及鹼‧ 例題2.8 y 2.8 有機化合物導論

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2.1 原子說 2.1 原子說

y 西元前五世紀一位希臘哲學家德莫克里托 (Democritus) 認為 所有物質均由很小且不可分割的粒子，稱為原子 (atoms) ( 意 指不可分割 ) 所組成的，但其觀念不被當時許多同輩所接受 (例如柏拉圖和亞里斯多德)。

y 在1808年英國的一位科學家兼教師，叫道耳頓 (John Dalton)

，提出對於構成物質之不可分割粒子的精確定義，我們稱為 原子 (atoms)。

y 道耳頓原子說 (Dalton’s atomic theory) ：

1. 元素是由極小的粒子，稱為原子所組成。

2. 相同元素的所有原子均相同，具有相同大小、質量及化學性質

，一個的原子與其他元素的原子不相同。

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2.1 原子說 2.1 原子說

3. 化合物是由一個以上元素之原子所組成，在任何化合物中，所 存在不同元素之原子數的比值為一個整數或一個簡單分數。

4. 化學反應僅涉及原子的分離、化合或重組，它們不能被創造或 被破壞。

y 第三個假說提出欲形成某一特定的化合物，我們需要的不僅 是正確元素的原子，並且也需要特定數目的這些原子。

y 1799年法國普魯斯特提出定比定律(law of definite

proportions) ：在相同化合物的不同樣品中，始終含有相同 質量比的組成元素。

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2.1 原子說 2.1 原子說

圖2.1 (a) 根據道耳吞原子說，相同元素的原子是相同的，但一個元素的 原子與其他元素的原子不同；(b) 由元素X和Y之原子所形成之化合物。

在此例子中，元素X對元素Y之原子數比例為2：1。

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2.1 原子說 2.1 原子說

y 在已知化合物中，不同元素的質量比是固定的，在化合物中 這些元素的原子數的比例也必定是常數。

y 道耳吞第三個假說也支持另一個重要定律即倍比定律 (law of multiple proportions)。根據此定律，二個元素(例C、O)可化 合成一個以上的化合物(例CO、CO₂) ，某元素(例O)與固定 質量的另一元素(例C)化合，則某元素質量間的比值為最小的 整數比(O在CO和CO₂中的比率為 1:2)。道耳吞學說用來解釋 倍比定律是很容易的：不同的化合物各元素相互化合的原子 數是不相同。

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2.1 原子說 2.1 原子說

圖2.2 圖解倍比定律

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2.1 原子說 2.1 原子說

y 道耳吞第四個假設說是質量守恆定律(law of

conservation of mass，或稱質量不滅定律 ) 的另一種 敘述方式，此定律謂為：物質不能被創造也不能被破 壞，因為在化學反應中，組成物質的原子是不改變的

，其所具有的質量也是不改變的。

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2.2 原子結構 2.2 原子結構

y 根據道耳頓原子說，我們可定義原子 (atom) 為元素的基本單 位，可參與化學的化合反應。道耳頓認為原子是極小並且不 可分割的。

y 然而，在1850年代開始直至二十世紀的一系列研究，證明原 子確實具有內部結構，即它們是由更小的粒子所組成，這些 粒子稱為次原子粒子 (subatomic particles)。此研究引出三個 此種粒子的發現 ─電子、質子及中子。

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電子 電子

y 1890年代許多科學家熱衷於研究輻射 (radiation)，輻射以波 的形式，經由空間放射或者傳送。這些研究資料對我們瞭解 原子結構有很大的貢獻。

y 真空玻璃管，當置於二端的金屬板與高壓電源連接時，陰極 (cathode)，即負電極板，發射出不可見的射線，稱為陰極射 線 (cathode ray)。

y 陰極射線朝向正電極板，即陽極 (anode)，通過陽極的洞而 抵達管的末端。當射線撞擊到特殊的螢光塗膜表面時，陰極 射線產生強的螢光或明亮的光。

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電子 電子

圖2.3 陰極射線管具有垂直於陰極射線方向的電場及外力磁場。符號N及S 代表磁鐵的北極及南極。磁場存在時，陰極射線撞擊管末端的A點，電場 存在則撞擊C點；無外場存在或電場與磁場互相抵消時則撞擊B點。

磁場效應

電場吸引力

e^-

F G = qv G × B G

(右手定則)

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右手定則 右手定則 (right- (right -hand rule) hand rule)

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電子 電子

圖2.4 (a)在一放電管中所產生的陰極射線。射線本身無顏色；綠色是 由於螢光劑硫化鋅塗在銀幕上，當身線接擊它時所產生的；（b）在 磁鐵存在時，陰極射線向N極偏轉；(c) 當磁鐵極性的方向被轉向，射 線會往相反的方向偏轉。

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電子 電子

y 由於陰極射線被正電荷的電極板吸引，且被帶負電荷的電極 板排斥，因此它必定由帶負電荷的粒子所組成。我們稱這些 帶負電荷的粒子為電子 (electrons)。

y 英國的物理學家湯木生(J. J. Thomson)，使用陰極射線管和 他的電磁理論，測定個別電子之電荷對其質量的比值(荷質比 , e/m)。其數值為 -1.76×10⁸C/g，其中C代表庫侖 (coulomb)，

為電荷之單位。

y 此後，1908年至1917年間，美國物理學家密立根(R. A.

Millikan) 發現電子的電荷為-1.6022×10^-19C。

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放射性 放射性

y 1895年德國物理學家侖琴 (Wilhelm Rontgen) 注意到陰極射 線造成玻璃和金屬發射出很不尋常的射線。

y 這些射線不受磁鐵影響，故不帶電荷，不像陰極射線為帶電 荷的粒子。侖琴將其稱為X射線 (X ray)。

y 貝克勒 (Antoine Bec-querel) 開始研究物質的螢光性質。由 鈾化合物所發射的高能量射線，不受磁鐵影響；但它們與X 射線不同，因為它們是自發地產生的。

y 居里夫人是貝克勒的學生，她建議以輻射能 (radioactivity) 來描述由粒子及輻射所產生的此種自發性放射特性。因此，

任何元素能自發地放射輻射線稱為放射性元素。

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放射性 放射性

圖2.5 由放射性元素所發射的射線有三種類型。 β射線由帶負電荷粒子 ( 電子 ) 所組成，因此受到帶正電電極板所吸引。相反地， α射線正電荷並受到帶負電電 極板所吸引。由於γ射線不是由帶電荷的粒子所組成其移動不受外場所影響。

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放射性 放射性

y α射線(Alpha (α) rays) 是由帶正電荷的粒子所組成的稱為α粒 子 (αparticles)，因此會向負電極板偏斜。

y β射線(Beta(β) rays) 是由帶負電荷的粒子所組成的稱為β粒子 (βparticles)，因此會向正電極板偏斜。

y 第三類型的輻射線由稱為γ射線(gamma rays)高能量的射線組成

。和X射線相似，γ射線不帶電荷也不受外界的電場或磁場所影 響。

由像鈾的放射物質，分裂所產生的射線有三種類型：

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質子及中子 質子及中子

y 1900年代早期，原子的二個特徵已經很清楚：原子含有電子，原 子呈電中性。欲保持電中性，原子必定含有相等數目的正電荷及 負電荷，根據此資料，湯木生主張原子如同一個均勻帶正電荷的 球體，而電子埋入其中，稱之為葡萄乾布丁模型(plum pudding model)。

圖2.6：湯木生的原子模型亦稱之為葡萄乾布 丁模型。電子均勻分佈於帶正電荷的球體。

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拉塞福的α 拉塞福的 α 粒子金箔撞擊實驗 粒子金箔撞擊實驗

圖2.7 (a) 拉塞福的實驗用來測定α粒子撞擊金箔的散射情況。大多數的 α粒子以很的斜偏或無偏斜通過金箔。少數的α粒子以的角度偏斜。偶而 有一α粒子彈回；(b) α粒子通過及原子偏斜的放大圖。

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質子及中子 質子及中子

y 為了解釋α-散射實驗的結果，拉塞福設計了一個原子結構的 新模型：假設原子的大部分空間是空的，而正電荷全部集中 於高密度的原子核 (nucleus)。

y 此種結構讓大多數的α粒子不偏斜或微微偏斜穿過金箔原子

，但當帶正電荷的α粒子接近原子核時，由於巨大的排斥力 而產生大的偏斜，並且當α粒子直接朝向原子核撞擊時，由 於巨大的排斥力使它以相反的方向彈回去。

y 原子核中帶正電荷的粒子稱為質子 (proton)。實驗發現質子 的電荷與電子的電荷一樣，質子質量為1.67262 ×10^-24g ─大 約為電子質量的1840倍。

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質子及中子 質子及中子

y 科學家在此研究階段所理解的原子如下：原子的大多數質量 集中於原子核，但原子核只佔據原子體積的1/10¹³。

如果原子的體積擴展到一個體 育館大小，那麼原子核就像是 一顆彈珠。

我們用 SI 制表示原子 (和分子) 的大小之單 位為皮米(picometer (pm))，即

1 pm ＝ 1 × 10^－12m

一般原子半徑大約為 100 pm，而原子核的 半徑只有 5×10^－3 pm。雖然質子被限制在 原子的原子核中，但是電子是被設想分佈 在距原子核某一距離的位置。

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中子 中子

y 拉塞福原子結構的模型留下一個大問題未解決。大家所熟知的氫 是最簡單的原子，只包含一個質子，而氦原子含有二個質子。因 此，氦對氫的質量比應該為 2:1。(因為電子比質子輕很多，電子 的質量可被忽略。) 但事實上，氦對氫的質量比為4:1。

y 當查兌克用α粒子撞擊鈹薄片時，發現由金屬發射出類似γ射線(

不帶電荷)的高能量。稍後的實驗證實該射線確實由質量稍大於質 子的帶電中性的粒子所組成，查兌克將這些粒子命名為中子 (neutrons)。

y 氦對氫質量比的謎，終於得到解釋。在氦原子核中含有二個質子 及二個中子，但在氫原子核中只有一個質子並沒有中子，因此其 質量比為 4:1。

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中子 中子

圖2.8 一個原子的質子和中子填充在極小的原子 核中。電子像「雲霧」圍繞著原子核。

原子的大多數質量集中於 原子核，但原子核只佔據 原子體積的1/10¹³。

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中子 中子

表2.1 次原子粒子的質量及電荷

電荷

粒子 質量（g） 庫侖 電荷單位

電子^* 9.1939×10^-28 -1.6022×10^-19 -1 質子 1.67262×10^-24 +1.6022×10^-19 +1

中子 1.67493×10^-24 0 0

在化學中，原子最重要的三個基本粒子是電子、質子及中子。

* 更精細的實驗提供我們比密立根所測出更準確的電子質量。

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2.3 原子序 2.3 原子序 、 、 質量數及同位素 質量數及同位素

y 原子可由其所包含的質子數及中子數來確認。

y 元素的各原子中，其原子核含有的質子數稱為原子序 (atomic number (Z))。中性原子的質子數目等於電子數目，故原子序 也表示原子中存在的電子數。原子的化學本性由原子序決定

。

y 質量數 (mass number (A))是在一元素的各原子中，其原子核 所含有的中子及質子之總數。常見氫的型式是例外，它只有 一個質子而沒有中子，其他所有的原子核均同時含有質子及 中子。

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2.3 原子序 2.3 原子序 、 、 質量數及同位素 質量數及同位素

y 質量數可表示如下：

質量數=質子數+中子數

=原子序+中子數

y 原子中的中子數等於質量數與原子序之差(A-Z)。注意這三個 量 ( 原子序、中子數及質量數 ) 必須為正整數。

y 原子具有相同原子序但不同質量數者稱為同位素 (isotopes)。

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2.3 原子序 2.3 原子序 、 、 質量數及同位素 質量數及同位素

y 元素X的原子其原子序及質量數的表示法如下：

y 氫之同位素可寫成

1 1

1 2

1

H 3

(hydrogen)

H

(deuterium)

H

(tritium)

氫 氘 氚

原子序(即質子數) 質量數

A

Z X

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2.3 原子序，質量數及同位素 2.3 原子序，質量數及同位素

y 元素的化學性質主要由其原子中的質子數及電子數來決定；

在正常情況下，中子不參與化學變化。

y 因此，同位素具有相似的化學性質，形成相同類型的化合物 並扮演相似反應性。

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例題 例題 2.1 2.1

y 列出下列各物種之質子數、中子數及電子數：

(a) (b) (c)

y 方法：標在上方的是質量數，而標在下方的是原子序。質量數總是比原 子序大得多。（只有一種例外是 ，就是當質量數與原子序相等時）。

y 解：

a. 原子序8，故有8個質子。質量數為17，故中子數為17-8=9 。電 子數與質子數相同為8。

17O

8 ⁸⁰

199Hg ²⁰⁰₈₀Hg

1H

1

b. 原子序為80，故有80個質子。質量數為199，故中子數為199- 80=119，電子數為80。

c. 此時質量數與 (b) 相同，即80，中子數為200-80=120，電子數 與 (b) 相同為80。在 (b) 和 (c) 的物種中，汞的二個同位素在化 學上是相似的。

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2.4 週期表 2.4 週期表

y 超過一半以上的元素是在 1800 年至 1900 年間被發現的。

y 化學家注意到許多元素彼此間具有很強的相似性。且元素在 物理上及化學上具有的週期規律性，以及需要將元素物質之 結構及特性等大量資料組織化，才導致出週期表 (periodic table) 的發展。週期表將具有相似化性及物性的元素放在一 起。

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2.4 週期表 2.4 週期表

圖2.9

現代週期表。元素根據在其符號上方之原子序的順序排列。除了氫 (H) 是例外，非金屬在週期表的右邊。有二列的金屬放在表 的主體之下方，是為了適合書本影印。鈰 (Ce) 應該在鑭 (La) 之後，而釷 (Th) 應該在錒 (Ac) 的右邊。1~18族的稱號已經被國 際純化學及應用化學聯合會 (IUPAC) 所推薦的，但仍未廣泛使用。在本教科書中，我們使用美國標準符號來表示族的數目 (1A~8A及1B~8B)。元素112,114及116尚未分配元素名稱以及元素113及115-118尚未被合成。

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2.4 週期表 2.4 週期表

y 元素(118)可區分為三類：

1. 金屬(metal)(93) ：是電及熱的良導體

2. 非金屬(nonmetal) (17)：通常為電及熱的不良導體。

3. 類金屬(metalloid) ( 或稱為準金屬 )(8) ：性質介於金屬與非金 屬之間。

y 週期表中，由左至右的每一週期的元素，物性及化性由金屬 性逐漸轉變為非金屬性。

y 週期表是一種方便的使用工具，它以系統的方法表示元素性 質的相互關係，並幫助我們預測元素的化學行為。

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2.4 週期表 2.4 週期表

y 1A族元素 (Li, Na, K, Rb, Cs及Fr) 稱為鹼金屬(alkali metals)。

y 2A族元素 (Be, Mg, Ca, Sr, Ba及Ra) 稱為鹼土金屬(alkaline earth metals)。

y 7A族元素 (F, Cl, Br, I及At) 稱為鹵素(halogens)。

y 8A族元素 (He, Ne, Ar, Kr Xe及Rn)，稱為惰性氣體或稀有氣體。

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2.5 2.5 分子及離子 分子及離子

y 週期表8A族中的六個惰性氣體(He, Ne, Ar, Kr, Xe及Rn) 以 單原子的形態存在於自然界中。因此，它們被叫做單原子（

單個原子）氣體。大多數物質是由原子所形成之分子或離子 所組成。

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分 分 子 子

y 分子 (molecule) 由至少二個以上原子，藉化學力（也稱為化 學鍵）以固定的排列結合在一起。

y 分子可能由含有相同元素的原子或由二個或以上之不同元素 的原子依一定比例而結合(即根據第2.1節所敘述的定比定律)

。分子未必是化合物(H₂是純元素)，化合物依定義是由二個 或以上的不同元素所組成(H₂O是化合物)。

y 氫分子 稱為雙原子分子(diatomic molecule)，因為它僅含二 個原子，亦可能包含有不同元素的原子。

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分 分 子 子

y 極大多數的分子含有二個原子以上。它們可能是相同元素的 原子，或者它們可能由二種或二種以上不同元素化合物而成

。含有超過二個原子的分子稱為多原子分子(polyatomic molecules)，如O₃、H₂O、NH₃。

以雙原子存在的分子元素

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離 離 子 子

y 離子 (ion) 為帶淨正電荷或負電荷的原子或原子團。

y 一般化學變化 ( 即化學反應 )，原子之原子核帶正電荷之質 子數保持不變，但帶電荷之電子有可能失去或獲得。

y 中性原子失去一個或以上之電子形成帶淨正電荷之離子，稱 為陽離子 (cation)。相反地，增加電子數而形成帶淨負電荷 的離子，稱為陰離子 (anion)。

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離 離 子 子

圖2.10 常見的單原子離子被列在週期表中的位置。注意Hg₂²⁺離子有二個原子。

原子可以失去或獲得一個以上之電子，例如 Mg^2＋、Fe^3＋、S^2－和 N^3－。 這些離子還有Na⁺及Cl^-均稱為單原子離子(monatomic ions)，因為它們僅 含有一個原子。氯化鈉 (NaCl)，俗稱食鹽，為一離子化合物 (ionic compound)，因為它由陽離子和陰離子所形成。

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離 離 子 子

y 除了少數例外，金屬傾向於形成陽離子，而非金屬則形成陰 離子。

y 二個或以上原子可以化合形成離子，具有淨正電荷或淨負電 荷，例如OH^－(氫氧根離子)、CN^－(氰離子) 和 NH₄^＋(銨離 子) 。這些含有一個以上離子之原子，均稱為多原子離子 (polyatomic ions)。

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2.6 化學式 2.6 化學式

y 化學家們使用化學式 (chemical formulas)來表示分子及離子 化合物的組成。所謂組成不僅意指所存在的元素，而且還包 含其中各原子化合的比例。

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分子式 分子式

y 分子式 (molecular formula)指在一最小單元物質中各元素之 精確原子數。

y 分子式中，其下標表示所存在元素之原子數。在H₂O中O沒 有下標，因為在一分子水中它只有一個氧原子，因此省略數 目「1」。

y 相同元素具有一種或兩種或者更多截然不同的形式稱為同素 異形體 (allotropes)，例如氧 (O₂) 和臭氧 (O₃) 、鑽石和石墨

。

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分子式 分子式

y 分子很小，以致於無法由肉眼觀測，因此化學家以分子模型

(molecular model)來表示。目前所使用的兩種標準模型為球桿模

型(ball-and-stick models) 和填空模型(space-filling models) 。 y 在球桿模型套具中，原子為中間有洞的木球或塑膠球，化學鍵則

以細桿或彈簧表示，球體間所形成的鍵角，與實際分子近似。除 了氫原子以較小球體表示外，其餘大小則相同，以不同顏色代表 不同元素。

y 填空模型將球切去部分，再以彈簧鎖固定，所以此模型的化學鍵 是不可見的，且球依照原子比例製造。

y 建立分子模型時，先畫出表示分子中原子連接順序的結構式 (structural formula)。

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分子式 分子式

圖2.11 四種常見分子之分子式，結構式及分子模型

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球桿模型可以表現出原子三度空間關係，而且容易 構築，缺點是球體大小一樣、小木桿長度比實際鍵 長大很多。填空模型的原子依照實際比例製造，因 此比較精確，但它的缺點是建構費時，且無法表現 三度空間。

分子式 分子式

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例題 例題 2.2 2.2

y 寫出球桿模型的甲醇分子的分子式。甲醇為有機溶劑及抗凍 劑。

y 解：參考圖表。由原子顏色可以看出此模型有一個C原子，

四個H原子和一個O原子，因此甲醇的分子式為CH₄O ，然 而甲醇的標準寫法為 CH₃OH，此寫法可顯示出原子是如何 結合的。

甲醇

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實驗式 實驗式

y 實驗式 (empirical formula) 告訴我們所存在的元素種類及其 原子數的最簡單整數比，而不需要知道分子中真實的的原子 數。

y 實驗式是最簡單的化學式；分子式中的下標被寫成最小可能 的整數，但分子式是分子的真正式子。

「實驗」表示化學式來自於實驗，實驗 式將在第三章將討論決定。

H₂O₂

實驗式 分子式 H₂O₂ HO

N₂H₄ NH₂

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例題 例題 2.3 2.3

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離子式 離子式

y 離子化合物的化學式(離子式)常常與其實驗式相同，因為離 子化合物不是由個別的分子單位所組成，而是由陽離子和陰 離子所形成。

y NaCl對氯化鈉而言是其實驗式。在對另外一個離子化合物而 言，其實際結構可能不同，但其陽離子與陰離子之排列均使 化合物呈電中性。離子化合物的化學式中，並沒有顯示陽離 子及陰離子的電荷數。

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離子式 離子式

圖2.12 (a) 固體NaCl的結構(面心立方結構(fcc))；(b) 事實上，陽離子與陰 離子相接觸。在(a)及(b)中，較小的球代表Na⁺離子，而較大的球代表Cl^- 離子；(c) NaCl 的結晶。

鈉金屬正與氯氣產生化 學作用生成氯化鈉

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離子式 離子式

y 由於離子化合物是電中性，在每個化學式單元中，陽離子的 總電荷數與陰離子的總電荷數相加必定為零。

y 如果陽離子的電荷數與陰離子的電荷數不相同，我們應用下 列法則使化學式呈電中性：陽離子的下標在數值上等於在陰 離子上的電荷，而陰離子的下標在數值上等於在陽離子上的 電荷。如果陽離子與陰離子電荷數相同，則不需要下標。

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離子式 離子式

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2.7 2.7 化合物的命名 化合物的命名

y 化學家們已發展一系統，根據其組成來命名其物質的 化合物。首先將其分為三類：離子化合物、分子化合 物及酸和鹼。

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離子化合物 離子化合物

y 離子化合物是由陽離子 (帶正電的離子) 和陰離子 (帶負電 的離子) 所組成。

y 除了銨離子 外，其餘我們所討論的陽離子均來源於金屬 原子。金屬陽離子的名稱來自於元素。

NH₄⁺

反應最高的金屬（綠色）及反應最高的非金屬（藍色）化合成離子化合物。

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離子化合物 離子化合物

y 許多離子化合物是二元化合物 (binary compounds)，即化合物恰由二種 元素所形成，如KBr, ZnI₂, Al₂O₃。

y 對於二元離子化合物的英文命名，第一個名稱是金屬陽離子，接著是非 金屬陰離子 ( 中文命名恰相反，先命名陰離子再命名陽離子，中間加「

化」)。因此 NaCl 命名為氯化鈉 (sodium chloride)。

y 陰離子的英文命名原則：先取元素名稱(chlorine) ，再變換字尾成「ide」

(中文命名為氯化物)。

y 英文字是「ide」也可用於某些含有不同元素之特定陰離子團的命名。例 如氫氧根離子 (hydroxide) (OH^-)和氰離子 (cyanide) (CN^-)。因此化合物 LiOH 和 KCN 命名為氫氧化鋰(lithium hydroxide) 和氰化鉀 (potassium cyanide)。

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離子化合物 離子化合物

表2.2 一些常見的單原子陰離子字尾加「ide」的命名法

4A族 5A族 6A族 7A族

C碳陰離子 [Carbide (C^4-)]*

N氮陰離子 [Nitride (N^3-)]

O氧陰離子 [Oxide (O^2-)]

F氟陰離子 [Fluoride (F^-)]

Si矽陰離子 [Silicide (Si^4-)]

P磷陰離子 [Phosphide (P^3-)]

S硫陰離子 [Sulfide (S^2-)]

Cl氯陰離子 [Chloride (Cl^-)]

Se硒陰離子 [Selenide (Se^2-)]

Br溴陰離子 [Bromide (Br^-)]

Te碲陰離子 [Telluride (Te^2-)]

I碘陰離子 [Iodide (I^-)]

* 碳陰離子「carbide」一詞亦用作陰離子C₂²⁻的名稱。

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離子化合物 離子化合物

y 某些金屬可形成一種以上的陽離子，尤其是過渡金屬 (transition

metals)。例如，鐵可形成Fe^2＋和 Fe^3＋二種陽離子。

y 對於相同元素和不同陽離子的命名方法，可使用羅馬數字來區別。

羅馬數字 I 用來表示一個正電荷，II 表示二個正電荷，依此類推，

這稱為史托克系統 (Stock system)。

1B和3B-8B之間的過渡金屬（見圖2.9）

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氯化鐵（II）及氯化鐵（III）

在史托克系統中，鐵有鐵 (II)離子和鐵 (III) 離子兩種離子形 態，化合物 FeCl₂(含有 Fe^2＋離子) 和 FeCl₃(含有 Fe^3＋離 子) 可分別命名為氯化鐵 (II) 和氯化鐵 (III)。

離子化合物

離子化合物

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必須牢記化學式與離子顏色！！

必須牢記化學式與離子顏色！！

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注意英文化學名詞，方便日後研讀英文技術報告！！

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例題 例題 2.4 2.4

y 命名下列離子化合物：

a. Cu(No₃)₂

b. KH₂PO₄

c. NH₄CIO₃

y 方法：參考表2.3陽離子及陰離子的名稱。金屬是否可形成不 同電荷之陽離子（見圖2.10），我們就需要用到史托史系統。

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例題 例題 2.4 2.4

y 解：

a. 由於硝酸根離子 帶一負電荷 ( 參看表2.3)，故銅離子必 定有二個正電荷。因為銅的構成有Cu⁺及Cu²⁺離子，我們需要 用到史托史系統並稱之為此種化合物為硝酸銅 (II)(copper (II) nitrate)。

b. 陽離子為 K⁺ ，而陰離子為 ( 磷酸二氫根離子 )。由於 鉀的構成只由一種K⁺離子，故其名稱不必要用鉀（I），其化 合物為磷酸二氫鉀(potassium dihydrogen phosphate)。

c. 陽離子為 ( 銨離子 )，而陰離子為 ( 氯酸根 )，故化 合物為氯酸銨(ammonium chlorate)。

(NO )₃⁻

H PO_{2 4}⁻

ClO₃⁻ NH₄⁺

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分子化合物 分子化合物

y 分子化合物含有二個分離的單元。它們通常由非金屬元素組 成。

y 許多分子化合物為二元化合物。二元分子化合物的命名與二 元離子化合物的命名相似。英文名稱為化學式中第一個元素 的名稱，而第二元素的名稱字尾加「ide」。

Hydrogen chloride Hydrogen bromide

Silicon carbide

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分子化合物 分子化合物

y 兩種元素形成若干個不同化合物是十分常見的。

在這些情況中，使用希臘文字首來表示各元素存 在的原子數目，則可避免化合物的命名混淆 。

Carbon monoxide Carbon dioxide Sulfur dioxide Sulfur trioxide Nitrogen dioxide Dinitrogentetroxide

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y 字首「單一」(mono) 對單一元素可省略。因此當第一個元素沒有字首代 表分子中第一元素只存在一個原子。例如，PCl₃命名為三氯化磷 (phosphorus trichloride)，並不是三氯化一磷 (monophosphorus trichloride)。

y 氧化物字首中最後一個「a」有時可省略。例如，N₂O₄可稱為四氧化二氮 (dinitrogentetroxide)，英文名稱較少用後者 dinitrogentetraoxide (即省略 字首四的最後一個“a”)。

y 使用希臘文字首的例外情況是當化合物含有氫時。傳統上，這些化合物使 用俗名而非系統名稱，不特別指出氫原子數目。注意，元素的順序甚至是 不規則的。例如水和硫化氫，H 寫在前面，但在其他化合物則 H 寫在最 後面。

分子化合物

分子化合物

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圖2.13 離子化合物及分子 化合物之命名過程

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酸和鹼 酸和鹼

y 酸 (acid) 可被描述為物質溶於水時，

產生氫離子 者。（氫離子相當於一個 質子）。

y 酸的化學式含有一個或以上的氫原子 以及一陰離子團。英文名稱中，陰離 子 以 「 -ide 」 作 字 尾 ， 並 與 字 首 (hydro-) 及字尾「-ic」的酸連結。

當氫氯酸溶解在水中時，即轉 變為氫離子和氯離子。氫離子 與一個以上的水分子結合在一 起， 通常以H₃O^＋表示。

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酸和鹼 酸和鹼

表2.5 一些簡單的酸

陰離子 相對應的酸

氟離子： F^-(fluoride) 氫氟酸： HF (hydrofluoricacid) 氯離子： Cl^-(chloride) 氫氯酸： HCl (hydrochloricacid) 溴離子： Br^-(bromide) 氫溴酸： HBr (hydrobromicacid) 碘離子： I^-(iodide) 氫碘酸： HI (hydroiodicacid) 氰離子： CN^-(cyanide) 氫氰酸： HCN (hydrocyanicacid) 硫離子： S^2-(sulfide) 氫硫酸： H₂S (hydrosulfuricacid) y 在某些例子中，同一化合物有二種不同的名稱，例如，HCl 稱為氯化氫

(hydrogen chloride) 和氫氯酸 (hydrochloric acid)。使用此化合物的名稱

，視其物理狀態而定。在氣態或純液態中，HCl 為一分子化合物，稱為 氯化氫。當其溶於水中，分子斷裂形成 H^＋和 Cl^－離子；此情況下，物 質稱為氫氯酸。

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酸和鹼 酸和鹼

y 含有氫、氧及另一元素 ( 中心元素 ) 的酸，稱為含氧酸 (oxoacids)。含氧酸的化學式通常開頭寫H，接著為中心元素

，然後寫O。

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y 有時二個或以上含氧酸具有相同中心元素，但有不同數目的 氧原子。開始的含氧酸命名其英文字尾為「-ic」( 某酸 )。

1. 在「-ic」酸加一個O原子者：酸稱為「過…酸」(per…-ic acid)。因 此加一 O 原子至 HClO₃，則氯酸 (chloric acid) 變成過氯酸

(perchloric acid) HClO₄。

2. 由「-ic」某酸移走一個O原子的酸稱為「亞…酸」(-ous acid)。因此

，硝酸 (nitric acid, HNO₃)，移走一個O，變成亞硝酸 (nitrous acid, HNO₂)。

3. 由「-ic」某酸移走二個O原子者：酸稱為「次…酸」(hypo…ous acid)。因此，當 HBrO₃變成 HBrO 時，稱為次溴酸 (hypobromous acid)。

酸和鹼 酸和鹼

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酸和鹼 酸和鹼

y 含氧酸陰離子 (oxoanions) 的命名法則如下：

1. 當所有H離子由「-ic」某酸移走，剩下的陰離子其英文字尾為「-ate」

( 某酸根 )。例如，陰離子 CO₃^2－是由 H₂CO₃所衍生，故稱為碳酸根 (carbonate)。

2. 當所有H離子由「-ous」酸 ( 亞某酸 ) 移走，剩下的陰離子其英文字尾 為「-ite」( 亞某酸根 )。。因此陰離子 ClO^2－是由 HClO₂所衍生，則 命名為亞氯酸根(chlorite)。

3. 當H離子未全部移走，必須指出所剩下的陰離子所存在H離子的數目

。

注意當陰離子中僅剩一個H 離子時，我們通常省略字首

「一」(mono-)」。

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酸和鹼 酸和鹼

圖2.14 含氧酸及含氧酸陰離子的命名。

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酸和鹼 酸和鹼

表2.6 含氯之含氧酸及含氧酸陰離子之名稱

酸 陰離子

過氯酸：HClO₄ (perchloric acid) 過氯酸根：

氯酸：HClO₃ (chloric acid) 氯酸根：

亞氯酸：HClO₂ (chlorous acid) 亞氯酸根：

次氯酸：HClO (hypochloroud acid) 次氯酸根：

C lO₄⁻ (p e rc h lo ra te )

C lO₂⁻ (c h lo rite ) C lO⁻ (h y p o c h lo rite ) ClO (chlorate)

3

−

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例題 例題 2.8 2.8

y 命名下列含氧酸及含氧酸陰離子：

a. H₃PO₃

b.

y 方法：參考圖2.14及表2.6

a. 我們由參考酸磷酸H₃PO₄開始，由於H₃PO₃少一個O原子

，故它稱為亞磷酸 (phosphorous acid)。

b. 母酸為HIO₄，由於酸比參考酸碘酸(HIO₃)多一個O原子

，故它稱為過碘酸 (periodic acid)。因此，由HIO₄衍生的 陰離子稱為過碘酸根 (periodate)。

IO₄⁻

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鹼的命名 鹼的命名

y 鹼 (base) 被描述為一物質當其溶於水中時，會產生氫氧根離 子(OH^-)者。

y 氨 (NH₃)在氣態及純液態中為一分子化合物，也被分類成常 用的鹼。

y 當一物質溶於水中，只要能產生氫氧根離子的就是鹼，在它 的結構中不需要含有氫氧根離子。事實上，當氨溶於水中，

NH₃部分與水反應產生 及OH^-離子，因此它被分類為鹼

。

NH₄⁺

3 2 4

NH + H O → NH

+ OH

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水合物 水合物 (hydrates) (hydrates)

y 水合物是含有特定數量水分子的化合物，如二水氯化鋇 (BaCl₂‧2H₂O)、一水氯化鋰 (LiCl‧H₂O)、七水硫酸鎂 (MgSO₄‧7H₂O)

y “無水” 意指這種化合物不再含有水分子。

硫酸銅五水合物（左）為藍色；無水硫酸銅（右）為白色

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2.8 2.8 有機化合物的介紹 有機化合物的介紹

y 有機化合物的最簡單類型是烴，這只包含碳和氫原子。 烴為國內 和工業國被用作加熱的燃料，為產生電並且為內燃機提供動力，

並且為化學工業的起始原料。

y 有一種烴稱作鏈烷，其中碳鏈子無分支。注意全部名字以「 ane

」 結束(表 2.7 )。從 C₅H₁₂開始，我們使用表 2.4 中的希臘字首指 出碳原子的數量。

y 有機化合物的化學性質常被官能團(functional groups)所決定，所 謂官能團就是一個或某些原子以特定方式鍵結於有機化合物上，

將改變原始有機分子的化學性質，此可斷定是由於不同官能團所 造成的反應。

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2.8 2.8 有機化合物的介紹 有機化合物的介紹

甲醇CH₃OH 甲胺CH₃NH₂ 乙酸CH₃COOH

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2.8 有機化合物的介紹 2.8 有機化合物的介紹

表2.7 首十個鏈鏈烷直鏈

名稱 方程式C_nH_2n+2 ^分子模型

甲烷 (Methane) CH₄

乙烷 (Ethane) C₂H₆

丙烷 (Propane) C₃H₈

丁烷 (Butane) C₄H₁₀

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2.8 2.8 有機化合物的介紹 有機化合物的介紹

戊烷 (Pentane) C₅H₁₂

己烷 (Hexane) C₆H₁₄

庚烷 (Heptane) C₇H₁₆

壬烷 (Octane) C₈H₁₈

辛烷 (Nonane) C₉H₂₀

癸烷 (Decane) C₁₀H₂₂