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第三章 物質的形成及變化

第三章 物質的形成及變化. 3-2 物質的質量及計量. 3-1 物質的形成. 3-3 物質的性質. 3-4 物質的變化. 3-1 物質的形成. 3-1A 構成物質的基本單位 - 原子. 矽晶體表面原子。 透過精密的儀器及電腦輔助，矽晶體表面的個別矽原子已經可以被「看」到了。. 原子結構的歷程. 10 -10 m. 10 -15 ~10 -14 m. 原子的構造. 原子中三種基本粒子的比較. 例題 3-1. 假設氦的原子核為半徑 3×10 -15 m 的圓球，其原子核的密度為多少 g/cm 3 ? ( 原子量： He=4.003).

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第三章 物質的形成及變化

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  1. 第三章 物質的形成及變化 3-2 物質的質量及計量 3-1 物質的形成 3-3 物質的性質 3-4 物質的變化

  2. 3-1 物質的形成

  3. 3-1A 構成物質的基本單位-原子 • 矽晶體表面原子。 • 透過精密的儀器及電腦輔助，矽晶體表面的個別矽原子已經可以被「看」到了。

  4. 原子結構的歷程

  5. 10-10m 10-15~10-14m 原子的構造

  6. 原子中三種基本粒子的比較

  7. 例題 3-1 • 假設氦的原子核為半徑3×10-15m的圓球，其原子核的密度為多少 g/cm3? (原子量：He=4.003)

  8. 例題 3-2 • 若以原子核及核外電子所佔的體積來區分原子結構，可以將原子分成高密度及低密度兩個區域，試問: (1)此二區域的大小比例為何？(2)在低密度的區域能找到哪些粒子？ 解: (1)核內：核外體積比 ＝(10-15~10-14)3： (10-10)3 ＝1：1012～1015 (2) 能找到電子

  9. 科學家小傳-湯木生(J. J. Thomson，1856~1940) • 1897年，發現「電子」 • 證明陰極射線是由一群帶負電、具有質量的粒子所組成，而且不論使用何種金屬作陰極，這些射線都是由同樣粒子所組成。 • 第一位發現元素具有同位素的人，成功地從氖-20分離出氖-22。 • 他的學生亞斯頓受到鼓勵，致力於同位素研究，在1919年發明了「質譜儀」。

  10. 科學家小傳-道耳吞( John Dalton，1766-1844) • 道耳吞是苦學成名的化學家及物理學家，出生於英國 • 他最初致力於研究氣象學，發表科學報告「氣象測驗和評論」 • 由於對氣象的興趣，道耳吞對氣體和水的性質有獨到的見解 • 1801年，提出著名的道耳吞分壓定律 • 1808年，提出「原子說」

  11. 科學家小傳-拉塞福(E. Rutherford，1871~1937) • 在英國當研究生時曾受教於湯木生， 後因鑑定出α射線就是氦原子核， 獲得1908年諾貝爾化學獎。 • 1903年，說明α射線會受電磁場的影響而產生偏轉，由偏轉的方向證實α射線是一群帶正電荷的粒子。 • 1911年，用α粒子撞擊各種金屬箔片，證明原子是由帶負電的電子環繞正電的原子核所組成，據此提出原子模型。 • 1919年，用α粒子撞擊氮原子，發現質子。

  12. 解： 原子個數＝ ＝3.3×106個 例題 3-3 • 如果一個碳原子的直徑為1.5×10-10m，而自動鉛筆畫出一段寬度為0.5mm的直線，試問此線的寬度，至少需要多少個碳原子並列而成？

  13. 原子序與原子符號 X：元素符號 A－Z：中子數

  14. 元素表示法

  15. 9 12 6 8 6 13 0 例題 3-4

  16. 原子量 • 相對質量 • 西元1961年，IUPAC規定， 以12C原子的原子量為12.0000， 做為原子量的比較標準。

  17. 同位素(Isotope) • 定義：原子序相同而質量數不同的原子

  18. 平均原子量 • 平均原子量＝A1×a% + A2×b% + A3×c% +… • A1、A2 、A3為各同位素的原子量 • a%、b%、c%為各同位素在自然界中含量百分率 • 碳的平均原子量 ＝C-12原子量× C-12含量％+ C-13原子量× C-13含量％ ＝12 ×98.89％+13.0034 ×1.11％ ＝12.0111

  19. 原子質量單位 (atomic mass unit，amu) • 1 amu=1個12C原子質量的 =

  20. 例題 3-5 • 鈾-235和鈾-238，兩者的原子量依序為235.04及238.12。其中鈾-235是核能電廠的燃料，如果鈾的平均原子量為238.10，試求兩種同位素在自然界的含量？ 解：設鈾-235的含量為x，鈾-238的含量為(1-x) 235.04(x)＋238.12(1-x)＝238.10 鈾-235的含量= x = 0.00649 = 0.649% 鈾-238的含量= 1-x = 99.351%

  21. 例題 3-6 • 下列何者必為整數？ (A)原子量 (B)質量數 (C)分子量 (D)平均原子量 質量數＝（質子數＋中子數），必為整數 解： (B)

  22. 核外電子的分佈情形 原子橫切面示意圖 原子 原子核 K 殼 L 殼 N 殼 M 殼

  23. 原子中不同殼層

  24. 機率 電子雲 量子力學的原子模型 • 電子是在原子核附近的空間快速運動，運動的軌跡無法被預測。但能預測電子在空間中某一點出現的機率。 • 軌域：電子出現在原子核外某一位置的機率，以電子雲的概念表示，電子雲越密處表示電子的出現機率越高。

  25. 電子繞著原子核高速運轉，其轉動方式有一定範圍層（電子殼層）電子繞著原子核高速運轉，其轉動方式有一定範圍層（電子殼層） 原子核外電子的排列 n=1（K殼層） n=2（L殼層） n=3（M殼層） 核 n=4（N殼層） n=5（O殼層）

  26. 逐 漸 升 高 的 能 階 第五階層(O層) 第四階層(N層) n=5 n=4 第三階層(M層) n=2 第二階層(L層) 第一階層(K層) 電子能階分布示意圖 n=3 n=1 核

  27. 原子核外電子分佈規則（1） • 越靠近原子核的電子能量越低，離原子核越遠的電子能量越高 • 為了使原子達最穩定的狀態，電子的排列由能量較低的 n=1 ( K殼層)填起

  28. 每一殼層最多可容納2n2個電子 核 原子核外電子的排列規則（2） n=1（K殼層） 2個電子 n=2（L殼層） 8個電子 n=3（M殼層） 18個電子

  29. ex： 第二週期ⅠA族 核 電子組態2, 1

  30. 核 ex： 第三週期ⅠA族 電子組態2, 8, 1

  31. 核 ex： 第四週期ⅠA族 電子組態 2,8,8,1

  32. 原子序1~20的元素的電子排列情形

  33. 原子序1-20元素之電子排列

  34. 第二、三週期元素的價電子數 價電子:最外層的電子

  35. A族元素形成之化合物

  36. 例題 3-7 • 下列何者為最穩定的氬原子之各層電子數？ (A)2,6,10 (B)2,8,8 (C)2,8,7,1 (D)1,8,10,1 解： (B)

  37. 鍵結 非金屬＋非金屬 金屬＋金屬 金屬＋非金屬 電子共用 庫侖引力 電子海 共價鍵 金屬鍵 離子鍵 分子間作用力 無限延伸 晶格 晶格 金屬晶體 離子晶體 網狀固體 分子固體 3-1B 粒子間的作用力-化學鍵 原子

  38. 常見離子顏色、化合物的化學式

  39. 電子點式： 例題 3-8 • 寫出氯化鈣的電子點式及化學式 • 解：步驟如下： • Cl為非金屬，Ca為金屬，構成離子鍵 • Ca的電子排列(2,8,8,2)，易失去2e-，成為Ca2+ • Cl的電子排列(2,8,7)，易得到1e-，成為Cl- • 因此氯化鈣中鈣、氯的個數比應為1:2， • 其化學式: CaCl2

  40. 例題 3-9 • 試寫出下列各項中的兩個離子所形成的 離子化合物之化學式： (1) Al3+和Cl-，(2) Al3+和O2- ， (3) Mg2+和NO3- 解： (1) AlCl3或Al2Cl6 (2) Al2O3 (3) Mg(NO3)2

  41. 例題 3-10 • 試寫出下列各組元素化合後所生成的化合物的化學式、電子點式，並指出他們以何種鍵結方式結合？ (1)磷與氫，(2)鎂與氟，(3)碳與氯，(4)氧與鈉

  42. 3-2 物質的質量及計量

  43. 3-2A 化學式的種類 結構式 實驗式 簡化 化學式 (實驗式)n 示性式 分子式 電子點式

  44. 實驗式(簡式) • 物質所含原子的種類和原子數的最簡單整數比。 • 連續性結構，無分子存在，僅能用實驗式表示。

  45. 3-2B 莫耳 • 定義：國際單位系統(SI)定義12克碳-12所 含的原子個數，稱為1莫耳（mole， 簡寫為mol） • 1莫耳碳-12的個數為6.02×1023個，此數稱為亞佛加厥數(Avogadro’s number)

  46. 莫耳的應用

  47. 莫耳的計算 S.T.P. 下：1atm、0℃，1莫耳氣體所佔體積22.4公升 N.T.P. 下：1atm、25℃，1莫耳氣體所佔體積24.5公升

  48. 質量最大 例題 3-11 • 下列各物質何者的質量最大？ （原子量 C=12，Fe=55.8） (A)0.12克碳粉 (B)1億個碳原子 (C)10-5莫耳碳原子 (D)10-5莫耳鐵原子 (A) 0.12g 解： (A)

  49. 3-2C 濃度表示法及簡單計算

  50. 例題 3-12 • 將0.1 mol 的HNO3溶於水，配成125 mL溶液，試問溶液中的氫離子濃度為多少M? 解：

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