第五章 元素與化合物

☺ 5-1 元素☺ 5-2 化合物☺ 5-3 原子的世界☺ 5-4 元素與週期表

5-1 元素5-1-1 認識元素◎ 物質分為純物質與混合物，而純物質又分為元素及化

合物。◎ 西元 1774 年普利士利發現紅色氧化汞經照光後會分

解出氧氣和汞。◎ 氧化汞是一種純物質，但經過化學反應後可以分解出

其他物質（氧氣及汞），這類純物質就稱為化合物。◎ 而氧氣和汞不能用加熱、照光、通電等方法分解出其

他物質，這類的純物質就稱為元素。◎ 元素目前發現且公告的有一百一十多種，可分類為金

屬元素以及非金屬元素兩大類。

5-1 元素5-1-2 金屬元素與非金屬元素★ 金屬元素通性：◎ 常溫常壓下，除汞為液態之外，其餘均為固態。◎ 具金屬光澤。◎ 除了金為黃色、銅為紅色外，大部份的金屬元素都是銀 色。◎ 金屬具延展性，故不易碎，且易拉成細絲或打成薄片。◎ 金屬是電熱的良導體。◎ 金屬氧化物溶於水呈鹼性反應；如鎂的氧化物為氧化鎂， 溶於水後形成氫氧化鎂為鹼性物質。

5-1 元素5-1-2 金屬元素與非金屬元素★ 非金屬元素通性：◎ 常溫常壓下，除溴為液態之外，其餘均為固態或氣態。◎ 不具金屬光澤。◎ 不同種類的非金屬顏色相差很大，如碘是紫黑色的固體、 溴是暗紅色的液體、硫是黃色固體、紅磷是紅色固體、氯 為黃綠色氣體，而許多氣體是無色的。◎ 不具延展性而易被敲碎。◎ 大部份為電熱的不良導體，但碳元素構成的石墨是唯一可 以導電的非金屬物質。◎ 非金屬氧化物溶於水呈酸性反應；如硫的氧化物為二氧化 硫，溶於水後形成亞硫酸為酸性物質。

5-1 元素

5-1-3 元素符號與中文名稱★ 元素符號◎ 大多數是元素的英文名稱或拉丁文名稱的第一個字母，並以印刷

體大寫表示；

◎ 如有兩種以上的元素符號第一字母相同時，則在大寫的第一個字後面另加一個小寫字母來識別。

例如 : 如碳（ C ）、鈣（ Ca ）、氯（ Cl ）。

5-1 元素

5-1-3 元素符號與中文名稱★ 中文名稱原則上用一個字代表一種元素。◎ 古代已知的元素沿用古代的名稱，如碳、銅……等。◎ 固態金屬元素則從『金』部，如銅、銀、鋁、鋅……等。◎ 固態非金屬元素則從『石』部，如硫、碳、矽……等。◎ 氣體元素均為非金屬元素從『气』部，如氫、氧、氯、 氮……等。◎ 常溫常壓下唯一液態金屬元素為汞，唯一液態非金屬為溴， 均從『水』部。◎ 有些元素的讀音是以其性質或外文讀音而定，例如「氫」的讀音表示 最「輕」的 氣體；「氯」的讀音表示黃「綠」色的氣體，「鈉」的 讀音是因為其拉丁文第一音 節的讀音近「納」。

5-1 元素5-1-4 生活中常見的元素★ 鐵（ Fe ）： ◎ 從煉鋼廠初步煉製出來的鐵為生鐵（方便鑄造） ，含碳量相當多。 ◎ 經除去生鐵中的雜質就成為熟鐵（富延展性） ，含碳量相當少。 ◎ 將生鐵煉成鋼時，含碳量介於生鐵及熟鐵之 間 ，質硬且兼具延性及展性，用途很廣。◎ 不鏽鋼就是鋼與鎳、鉻的合金。

5-1 元素

5-1-4 生活中常見的元素★ 鋁（ Al ）：◎ 鋁為地殼中含量最豐富的金屬元素。◎ 鋁活性大易與氧反應生成氧化鋁，其質地緻密且不易 脫落，可阻隔空氣中的氧氣，以保護內部金屬不會繼 反應。◎ 鋁是製造飛機外殼的理想材料。

5-1 元素

5-1-4 生活中常見的元素 ★ 銅（ Cu）： ◎ 銅的導電性良好，僅次於銀，而銅的價格比較 低，故常用於電線及電器用品。 ◎青銅是人類最早使用的合金之一，主要由銅及 鍚製成。 ◎ 黃銅是銅和鋅的合金，可製水龍頭、樂器和裝 飾品。

5-1 元素

5-1-4 生活中常見的元素★ 碳（ C ）：◎ 碳以數種同素異形體方式存在，包含鑽石、石 墨都是相同元素構成的。◎透明的鑽石是自然界中最堅硬的物質；黑色的 石墨是少數 可以導電的非金屬元素。

5-1 元素5-1-4 生活中常見的元素★鎢（W）：◎鎢的熔點高達 3415℃，在金屬元素中是最高 的可作為電燈泡中的燈絲。◎ 碳化鎢是由碳、鎢形成的化合物，非常堅硬， 可製成鑽孔、切割、研磨等工具。

5-1 元素

5-1-4 生活中常見的元素★ 汞（ Hg）：◎ 汞俗稱水銀，為常溫下唯一以液態存在的金屬。◎ 水銀電池中含有汞的化合物。◎日光燈內也有微量的水銀蒸氣。◎ 水銀具有毒性，凡是含有水銀的物質不可任意 丟棄。

5-1 元素★各類合金如下表 ★各類同素異形體

元素名稱 同素異形體

碳 碳 石墨 鑽石

硫 斜方硫單斜硫彈性硫

磷 紅磷 黃磷

合金組成 組成

不鏽鋼 鋼 鎳 鉻

青銅 銅 鍚

白銅 銅 鋅 鎳

黃銅 銅 鋅

5-2 化合物

5-2-1 化合物：元素共有一百多種，有的元素單獨存在，有的與其他不同元素化合成數百萬種化合物。★ 例如水、二氧化碳、氧化汞、氫氧化鈉……等

5-2 化合物5-2-2 化合反應：由兩種或兩種以上不同元素反應成一種新物質的化變化，稱為化合反應。★ 化合後產生的新物質即為化合物。★ 化合物的性質與成分元素的性質不同，但仍屬純物質。★ 代表化合反應如 : ◎ 氫＋氧→水 氫氣及氧氣是元素，經化合反應而成為水是化合物。 ◎ 鎂＋氧→氧化鎂，鎂和氧氣是元素，經化合反應而成為氧化鎂是

化合物。 ◎ 例如碳＋氧→二氧化碳，碳和氧氣是元素，經化合反應而成為 二氧化碳是化合物。

5-2 化合物5-2-3 分解反應：是一種物質經照光、加熱或其他化學方法變成兩種或兩種以物質的化學變化，稱為分解反應。★ 分解後的產物不一定是元素。★ 其他的分解反應如： ◎雙氧水→氧氣＋水 分解成氧氣為元素 , 水為化合物 ◎ 水（經電解）→氫氣＋氧氣 分解成二種元素 ◎ 氧化汞→氧氣＋汞 分解成二種元素 ◎ 碳酸氫鈉→碳酸鈉＋二氧化碳＋水 分解成三種化合物

5-3 原子的世界5-3-1 英國科學家 道耳吞的原子學說★ 一切物質都是由稱為原子的微小粒子所組成，原子不可再分割。★ 相同元素的原子，其原子質量與原子大小均相同；不同元素的原子，

其原子質量與原子大小均不同。★ 化合物是由不同種類的原子以固定比例相互結合而成★ 化學反應只是原子間以新的方式重新結合而成新物質，在反應的過程中，原子種類與數目均不改變。

◎註：目前已有部分理論被推翻，但道耳吞原子理論仍是人類進入原子世界的最重要理論。

◎註：將金原子放大 2 億倍約為網球大小，再放大 2 億倍則約為地球大小，故原子真得很小，

5-3 原子的世界5-3-2 原子與分子★ 有些物質是以單個原子的形式形成的，如氦

氣等惰性氣體、各種金屬。★ 有些物質是以分子的形成的，如氮分子、氧

分子、二氧化碳分子或水分子。★ 分子概念是由義大利科學家亞佛加厥提出，

他認為物質是以 2個或 2個以上的原子所組成的分子構成的。

5-3 原子的世界

5-3-2 原子與分子★ 物質分類中的元素就是只含 1 種原子的純物質，歸納如下： ◎由 1 種金屬原子堆積而成的純物質，如金、銀、銅、……等。 ◎由單個原子形式存在的純物質：如氦、氬……等。 ◎由數個相同原子結合的分子形式存在的純物質：如氫、氮 氯……等。★ 物質分類中的化合物就是由不同種類的原子以固定的比例結合成分 子的形式所形成的物質，如水是由 2個氫原子及 1 個氧原子組成的

水 分子，很多的水分子聚集在一起就是水。★ 物質分類中的混合物就是不同的原子或分子混合在一起。

5-3 原子的世界

單原子分子組成元素物質，如氦、氖、氬……等。

5-3-2 原子與分子

雙原子分子形成元素物質如，氫氣、氧氣、氮氣、氯氣等。

不同原子組成分子再形成化合物物質，如 2個氧原子與 1個碳原子組成 化合物二氧化碳分子再形成物質……等。

如果圖中包含兩種或兩種以上不同的原子或分子則為混合物

5-3 原子的世界

5-3-3 原子的結構

★ 十九世紀末逐漸有新的實驗結果發現原子是可分割的，故原子不 是世界上最小的粒子。★ 1897 年英國科學家湯木生發現電子，到了二十世紀初，拉塞福 提出原子模型，認為原子是由帶正電的原子核與核外帶負電的電 子組成，並且如同太陽系中行星繞著太陽運動一般。★ 質子的質量與中子的質量大約相等，質子的質量大約是電子的

1840 倍。★ 原子的質量幾乎集中在原子核；原子的體積則視電子運動的範 圍。

5-3 原子的世界

5-3-3 原子的結構

★ 原子核是由帶正電的質子與不帶電的中子組成。★ 1 個質子的帶電量跟 1 個電子的帶電量相同，且因兩 者電性相反、數量相等，故整個原子保持電中性。

★ 原子內的質子數又稱為原子序，因此可依原子序來判 斷元素的種類。 ★ 質量數＝質子數＋中子數 原子序＝質子數＝電子數。

5-3 原子的世界5-3-4 化學式★ 元素符號只能表示元素的原子種類，而化學式則是以元素符號及 數字來表示純物質組成的式子。★ 化學式種類很多，常見的有分子式、實驗式（簡式）、示性式、 結構式等。★ 分子式能表達一個分子中所含原子的種類和數目。如： ◎氦氣的分子式為： He （氦氣為單原子分子） ◎ 氫氣的分子式為： H2 （氫氣為雙原子分子） ◎ 水的分子式為： H2O （水為 1 氧原子與 2個氫原子組成的分子）

★ 註 1：原子數目為 1時省略。★註 2： 2 H2O表示有 2個水分子即包括 4 個氫原子以及 2個氧原子

5-3 原子的世界5-3-4 化學式★ 金屬元素是由許多金屬原子堆積而成，並不是以分子狀態存在， 故金屬的化學式是以元素符號表示即可，如銀的化學式即為 Ag。 ★ 鈉與氯形成的化合物也不是以分子狀態存在，而是鈉與氯堆積成 固體，故氯化鈉的化學式即以鈉及氯的最簡單整數比來表示 （ NaCl ）。★ 寫化學式時須將金屬元素符號寫在前面，非金屬元素符號寫在後 面，如氯與納形成的化合物其化學式為 NaCl ，氯與鈣形成的化 合物其化學式為 CaCl2，★ 中文名稱則和元素符號順序相反稱為氯化鈉、氯化鈣。

5-4 元素與週期表5-4-1 週期表元素間的化學性質有一定的關聯。★ 俄國科學家 門得列夫依據原子量大小的順序排列， 提出最早的元素週期表。★ 莫色勒最早發展出原子序的觀念，而現在的元素週 期表就是依據原子序大小的順序排列而成的。★ 週期表中橫列稱為週期，共有七個週期；縱行稱為 族，共有十八個族，同族元素的化學性質相似。

5-4 元素與週期表5-4-2 鹼金族★ 鈉、鉀屬於週期表上第 1族的元素，由於與水作用後分別產生氫 氧化鈉及氫氧化鉀，其水溶液為鹼性，故稱為鹼金屬，其相似性 質有： ◎ 常溫下固態、質軟，可用小刀切開，新切面具銀灰色金屬光澤。 ◎ 鈉、鉀的活性大，易與空氣中的氧氣及水蒸氣作用，故儲存在礦 物油中。 ◎ 鈉、鉀都能與水反應，並且能使酚酞指示劑由無色變成粉紅色。 ◎鉀與水作用劇烈，會放出大量的熱，使反應生成氫氣起火燃燒；

而鈉與水也會反應，但不如鉀與水的反應劇烈。

5-4 元素與週期表5-4-3 鹼土金族★ 鎂、鈣、鋇是屬於週期表第 2 族的元素，由於常以化 合物狀態存在地殼中，且燃燒後溶於水可產生鹼性的水 溶液，故稱為鹼土金屬，其相似性質有： ◎ 氯化鎂、氯化鈣、氯化鋇等化合物分別和碳酸鈉溶液 混合反應，均產生白色的沉澱。 ◎ 鹼土金屬常以化合物狀態存在地殼中，且燃燒後氧化 物可溶於水，可產生鹼性的水溶液。