第2章 原子、分子與離子 化學

任課教師：顏明賢

第二章

原子、分子與離子

崑山科大材料工程系

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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

× 10-28g

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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

8A族元素稱為鈍氣noble gases

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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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H2O2、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

ZnI2

Al2O3

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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，CaSO4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，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N2O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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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，CO32- 為H2CO3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)

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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