基礎化學(一)_課本教學_第2章.ppt

第 二 章,第二章原子構造與元素週期表,目次,原子結構原子中的電子排列元素週期表元素性質的規律性,2 1 原子結構,1.電子的發現2.原子模型3.原子核與原子序,電子的發現,1879年，克魯克斯（William Crooks，18321919，英國）發現塗有螢光劑的氣體放電管（gas discharge tube）中有著特殊的現象，在此氣體放電管兩端的電極施以約一萬伏特的高電壓，同時以幫浦將管內的氣體抽到接近真空時，即可看到從放電管的陰極產生一束射線打在其對面管壁，進而發出螢光，此束射線稱為陰極射線（cathode ray）。陰極射線的軌跡為直線，也具有動能。,陰極射線在電場中及磁場中皆可產生偏轉,陰極射線為帶負電的粒子,電子,陰極射線經過電場時其軌跡偏向正極，表示陰極射線帶負電。,白色端為磁鐵的S極,紅色端為磁鐵的N極,加入磁場後，陰極射線產生偏轉（安培右手定則），表示陰極射線為帶電粒子。,湯姆森（Joseph John Thomson，18561940，英國）,改變陰極材質，發現陰極射線（電子）的荷質比均為相同數值,荷質比charge-mass ratio（em）：1.759 1011庫侖公斤（Ckg）,密立坎（Robert Andrews Millikan，18681953美國）,油滴實驗：每一個電子所帶的電量為1.602 1019庫侖,e-,密立坎油滴實驗裝置示意圖,例題2-1,下列有關電子的敍述，何者正確從密立坎油滴實驗中，可證明電子與光線相似並具有波動性陰極射線帶正電在課本45頁圖2-2中陰極射線射向陽極時，其運動軌跡僅受重力影響而往下方偏移在密立坎的油滴實驗中，油滴的電量是電子電量的若干倍數,練習1計算電子的質量,湯姆森，陰極射線荷質比charge-mass ratio（e/m）1.759 1011庫侖公斤（C/kg）,密立坎，油滴實驗每一個電子所帶的電量為1.602 1019庫侖,依據湯姆森所測得電子荷質比及密立坎所測得的電子電量估算,一個電子的質量為多少克?,原子模型,原子是由帶負電的電子環繞帶正電的原子核所組成，原子核體積極小。,湯姆森（西瓜模型）,拉塞福（粒子散射實驗）,拉塞福的碳原子模型示意圖,核型的原子模型原子是由帶負電的電子環繞帶正電的原子核所組成，原子核體積極小,質子及中子的發現,原子,原子核,赤道,長度約 2 X 10 2 公尺的運動場,直徑約 1.276 X 10 7 公尺的地球,原子的大小,拉塞福 （Ernest Rutherford，18711937）,曾受教於湯姆森。鑑定出粒子就是氦原子核，獲得1908年諾貝爾化學獎。1903年說明射線會受磁場的影響而產生偏轉，由偏轉的方向證實粒子是一群帶正電荷的粒子，也測定出它的速率和其荷質比。1911年，他用粒子撞擊各種金屬箔片，證明原子是由帶負電的電子環繞著帶正電的原子核所組成，並據此提出原子的模型，這是拉塞福一中最偉大的成就。,1919年，他用粒子撞擊氮原子，使氮原子變成氧原子並放出質子，從而發現質子。1920年，他發現氮、氦等元素也具有同位素。,原子核與原子序,Z為質子數原子序A為質量數中子數 質子數,元素標示法,表示為 所形成的雙原子陰離子質子數=2x8=16中子數=2x(17-8)=18電子數=2x8+2=18,質子數=原子序=8中子數=質量數-質子數=17-8=9電子數=原子序=質子數=8,同位素質子數相同，中子數不同,例題2-2,重水（D2O, heavy water) 在核分裂反應中常用作中子的減速劑。若重水分子的氧為168O，一個重水分子中含有若干個質子、中子和電子？,回目次,2 2 原子中的電子排列,1.電子在原子核外如何分佈？2.元素的電子排列方式3.路易斯電子點式,電子在原子核外如何分佈？,電子在核外並非隨機分布，是以原子核為中心，由內向外分成若干殼層。,電子的分布由低能階高能階填入,元素的電子排列方式,例題2-3,試寫出鋰（原子序=3）、氟（原子序=9）、氖（原子序=10）、氬（原子序=18）等原子之電子等原子分布於(K,L,M)層的排列方式。,事實上，電子並非做圓周運動，電子是以電子雲分布在原子核四周,電子雲表示電子出現在原子核周圍的機率以電子出現機率90%以內畫出的形狀，即為軌域（電子雲）的形狀,核,e-,路易斯電子點式,價殼層(valence shell)電子所在的最外層價電子(valence electron)價殼層上的電子,核,碳原子的核外電子排列之簡單表示法： (A)碳原子核外電子排列；(B)電子排列簡圖；(C)碳原子的電子點式,內層,外層,門得列夫的週期表,18341927,俄國,原子序120元素的電子點式,A族元素：價電子數族數,例題2-4,某原子在層有2個電子，L層有8個電子，M層(最外層)有6個電子，該原子的中子數比質子數多1個。有關此原子的敘述，下列何者正確？(A)此原子的原子序為16 (B)此原子的質量數為17 (C)此原子的電子點式為 (D)此原子的質子排列為(K,L,M)=2,8,6 (E)此原子與3216S為同位素,(A) 原子序=質子數=電子數=2+8+6=16此原子為S(硫),(B) 質量數=質子數+中子數=16+17=33,(E) 3316S與3216S為同位素,化學性質相似,回目次,2 - 3 元素週期表,1.門得列夫的週期表2.週期表的結構,門得列夫預測鎵和鍺,上圖為門得列夫週期表的一部分。元素符號下方為現金的原子量，圖中Z和X為當時未知元素。,Ga和Ge兩種元素性質的預測值及測量值,現今的週期表,門得列夫的週期表以原子量排列,莫斯利定原子序,現今的週期表以原子序排列,同族元素其價電子數相同，所以化學性質相同,鹼金屬,鹼土金屬,卥素元素,惰性氣體,惰性氣體化性穩定,核,鹼金屬易失去一個電子，形成+1價的陽離子,卥素元素易得到一個電子，形成-1價的陰離子,核,11Na,核,9F,-,e-,10Ne,(八隅體規則),例題2-5,A區為主族金屬元素,B區為過渡金屬元素。C區為主族非金屬元素,化合時易得電子而形成陰離子。D為惰性氣體，價電子數為8(He除外)。,回目次,下圖為簡易的週期表，其中A、B、C、D為某些元素所占有的區域之代號。試指出下列各元素所占有的區域。(以A、B、C、D代號表示)哪些區域的元素全為金屬?哪些區域的元素最可能形成陰離子?哪些區域的元素其價電子數是8個， 化學性質特別安定?,2 4 元素性質的規律性,1.金屬的特性2.非金屬的特性3.類金屬4元素性質的規律性.,金屬的特性,黃色,銀色,紅色,黑色,具金屬光澤延展性佳電和熱的良導體通常具高熔點，除了汞、銫、鎵外。,金屬易和非金屬形成離子化合物,鈉金屬形成鈉離子並與氯離子化合的示意圖,金屬氧化物,金屬氧化物與水作用形成氫氧化物，呈鹼性。,例題氧化鎂是胃藥中用的制酸劑，能中和過多的胃酸。試寫出氧化鎂遇水生成鹼性化合物的方程式。,例如,K2O(s) + H2O(l) 2 KOH(aq)CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq),非金屬的特性,外觀不具光澤。導熱性及導電性不佳（但石墨及半導體可導電）。熔點比金屬低（除金剛石及石墨外）。,非金屬元素的外觀彼此差異很大,同素異形體,由同一種元素組成而其結構、性質不同的物質。Ex:金剛石、石墨、巴克球(C60),GIMP,非金屬氧化物溶於水呈酸性,酸雨pH5.0,酸雨對林木造成危害的情形,類金屬半導體,性質介於金屬與非金屬間。導電性：金屬類金屬非金屬類金屬加入微量雜質，導電性劇增，為製造電子元件重要材料。P型:矽晶體參入A元素(例如:B)N型:矽晶體參入A(例如:As)升高溫度可提高導電度,銻：外觀有光澤但不具延展性,類金屬元素在週期表中呈階梯狀排列,元素性質的規律性,同一週期失去電子的傾向：隨原子序增大而逐漸減弱,同一族失去電子的傾向：隨原子序增大（由上而下）逐漸增強,例如：NaMgAlSiPSCl,例如：CaMgBe,週期表規律性的整理,例題2-7,下列有關週期表的述，何者正確？(A)一般而言，元素在週期表的位置愈左或愈下方，其金屬性質漸強(B)類金屬的性質跟金屬固體一樣，且俗稱為過渡金屬(C)石墨與金剛石分別為同一族的兩種不同元素所形成(D)第17族元素不易失去電子，因此非金屬性很弱(E)週期表A族元素，其價電子數與所屬的族數相同，如A族的價電子數為3,學習概念圖,學習概念圖,The End,