香港基础化学教材[全套]

物質科學化學篇(上)講義 編者：陳義忠 1 物質科學_化學篇(上) 第一章 原子的結構與元素週期表 1-1 原子說 1. AD 1803，英國人道耳吞( Dalton )提出了原子說，內容如下： (1) 所有的物質都是由極小的微粒所組成，此一微粒稱為原子。 (2) 原子為最小的粒子，不可再分割。 (3) 同一元素所含的原子，其性質與質量均相同；反之，不同的元素的 原子，其性質和質量則不相同。 (4) 不同元素原子形成化合物時，原子間的比例為一固定的簡單整數比。 (5) 化學反應只是物質中原子的重新排列，原子並未被破壞或碎裂成小 的粒子。 2. 從現在物質科學的觀點，道耳吞的原子說必須作下列部份的修正： (1) 原子並非不可再分割，由湯木生發現原子中的電子、拉塞福發現原 子核、質子以及查兌克發現中子，就證明原子是由電子、質子以及 中子組成的，不是不可再分割的粒子。 (2) 由質譜儀測得同一元素原子具有不同的 e / m 值 ，發現了同位素的 存在，說明了同一元素原子的質量不一定相同。 (3) 一般的化學反應時，原子僅發生重新排列、組合；但發生核反應時， 原子會產生破裂或是重合，而由一種原子轉變成另一種原子。 3. 原子說可解釋了當時三個定律：質量不滅定律、定比定律以及倍比定律。 物質科學化學篇(上)講義 編者：陳義忠 2 (1) 質量不滅定律是法人拉瓦節提出的，即化學反應前後總質量不會增 加也不會減少。以原子說「化學反應只是物質中原子的重新排列」 來解釋，反應前的原子總數 = 反應後原子的總數，因為各種原子的 個數不變，質量自然不變。 (2) 定比定律：組成一個化合物的各種原子個數成一固定的比值，例如 水(H2O)，不論來源如何，其 H：O = 2：1，所以定比定律又稱定組 成定律。 (3) 倍比定律：由幾種不同元素原子所組成的一系列化合物中，若是固 定一系列化合物中某一種原子的個數，則其他原子在不同化合物中 將成一簡單整數比。例如：由 N 及 O 所組成的一系列可能的化合物 NO2、NO、N2O，若是固定 O 的個數為 1 時，(即 N1/2O、NO、N2O) 則三個化合物中的 N 比值將為 1：2：4 。( 1/2：1：2) 1-2 原子的結構 電子：電量為-1.602 ×1 0-19 庫侖。質量 9.11 ×10-31 公斤，為質子的 1/1836 倍。 原子 質子：電量為+1.602×10-19 庫侖 質量為 1.673×10-27 公斤 原子核 中子：不帶電 質量為 1.675×10-27 公斤 1. 電子的發現： (1) 19 世紀的科學家已經提出了電流是一種帶電粒子的流動，並命名為 物質科學化學篇(上)講義 編者：陳義忠 3 電子。 (2) AD 1879，英國人克魯克(W. Crookes)以低壓(幾乎真空)的玻璃管內接 高壓電，發現了陰極射線。 (3) AD 1897，湯木生(J.J. Thomson) 認為陰極射線就是電子，而且 是原子的一部份。湯木生也提 出了電子的電荷與質量比值( e / me ) = -1.76 ×1 011 庫侖/公斤。 (4) AD 1909 美國人密立坎( R.A.Millikan)設計了油滴實驗，測出電子的 基本單位( e ) = -1.602×10-19 庫侖。 (5) 由 e / me 值和 e 值可算出電子的質量 me = 9.11×10-31 公斤。 2. 原子核的發現： (1) AD 1911 英國人拉塞福 (E. Rutherford)以α粒子( He2+)撞擊金箔, 發 現大部份的α粒子都直線通過，有少數α粒子產生不同角度的偏 折，極少數α粒子反彈回去。拉塞福由此推論出原子的中心含有體 積極小但質量極大(相對於α粒子)且與α粒子同樣帶正電的原子核 存在。 (2) 湯木生提出的原子模型為一帶正 物質科學化學篇(上)講義 編者：陳義忠 4 電的物質球中散佈著帶負電的電子，如同葡萄乾鑲嵌在麵包上。但 以湯木生的原子模型根本無法解釋α粒子撞擊金箔的現象。 拉塞福的原子模型認為原子(3) 的結構應是原子中心有一個帶正電的原 (4) AD 1919 拉塞福再從α粒子撞擊氮原子而發現了質子。以α粒子撞 擊其他如硼、氟、磷、鋁等原子都可得性質相同的質子，確定質子 為原子核的組成粒子。 ，其中 為α粒子， H 1 1 質子。 (5) AD 1932 英國人查兌克由α粒子撞擊鈹的實驗，發現原子核中有一 種質量幾乎與質子相同但不帶電的基本粒子，稱為中子。如此一來