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亞佛加厥-分子說

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高中化學(全)_2-1 物質的構造與反應

路易斯電子點式與化學鍵 離子鍵與離子化合物
共價鍵與共價分子 金屬鍵與金屬

   

路易斯電子點式與化學鍵

一、路易斯電子點式：

  1. 提出者：美國化學家路易斯。
  2. 內容：鈍氣在室溫下均為單原子氣體。除了氦只有2個價電子，其它均有8個價電子，且不易和其他原子反應，具有特殊的穩定性，故鈍氣的穩定性與其價殼層，完全填滿有關。
  3. 八隅體規則：穩定化學鍵的形成是藉由原子間的價電子轉移或共用，使各原子的電子都排列到如同鈍氣的電子組態。
　 https://linkinpoint.net/wp-content/uploads/2024/07/八隅體法則.gif

二、化學鍵：

  1. 定義：原子間可藉由得、失或是共用價電子的方式來滿足八隅體規則，以形成各種物質，此時原子間互相結合的作用力、吸引力就稱為化學鍵。
  2. 種類：可區分為離子鍵、共價鍵和金屬鍵。

註：路易斯結構

路易斯結構（英語：Lewis structures），又稱路易斯點圖像、電子點圖像、路易斯電子點式、路易斯點結構、電子點結構，是分子中原子和原子鍵結和標示孤對電子存在的圖像。路易斯結構可以畫出表示分子中的共價鍵以及配位化合物。
路易斯結構是以美國物理化學家吉爾伯特·路易斯（Gilbert Newton Lewis）的名字命名，他在1916年時把路易斯結構寫入它的一篇名為《原子和分子》的文章中。
它們類似電子點圖像在價電子和孤對電子中以點來表示，但也可以用線來表示共享電子（如單鍵、雙鍵、三鍵等）。
路易斯結構中每個原子他們的位置在分子的結構上用不同的化學記號標示。
線畫在原子和原子間的鍵結（也可以用一對點來表示），多餘的電子以一對點來表示孤對電子。
雖然第二週期的主族元素可反應藉由獲得或失去共享電子讓外層價電子填滿至8個，然而其他元素對於價電子遵循不同的規則。
例如：氫原子（H）的遵循方式是填滿最外層的一個價電子或使之最外層沒有電子。

註：路易斯電子點式規則步驟：

  1. 計算總價電子數
    • 計算分子中所有原子的總價電子數。
    • 如果是陰離子，則需加上電子的數量；
      如果是陽離子，則需減去電子的數量。
  2. 排列原子
    • 選出中心原子，通常是分子中電負度最小的原子（氫除外）。
    • 將其他原子排列在中心原子周圍。
  3. 畫出鍵結
    • 在原子之間畫單鍵（一對點）來表示共價鍵。
    • 如果多個原子之間是雙鍵或三鍵，則用兩對或三對點表示。
  4. 填入孤對電子
    • 從總價電子數中減去用於鍵結的電子，剩下的電子以孤對電子（兩點）的形式填入原子周圍。
    • 優先填入外層原子，直到每個原子都滿足八隅體規則（氫原子為兩點）。
    • 如果還有剩餘的電子，則填入中心原子。
  5. 調整鍵結
    • 如果有些原子尚未滿足八隅體規則，則將中心原子的孤對電子移動，與其他原子形成多重鍵（雙鍵、三鍵等），直到所有原子都滿足八隅體規則。
  6. 標示離子
    • 如果是離子，則在整個結構外加上括號，並將其電荷寫在括號的右上方。

離子鍵與離子化合物

一、離子鍵：

  1. 定義：物質生成時，組成的原子藉由得、失電子各自滿足八隅體規則，形成相反電荷的陰、陽離子，彼此間再以靜電引力相互結合，這種間接方式，即稱為 離子鍵，所形成的化合物稱為離子化合物。
  2. 離子鍵的特性：離子鍵通常發生在容易失去電子的金屬元素與容易得到電子的非金屬元素之間。

二、離子化合物：

（１）離子化合物的組成：

陰陽離子以相反電荷互相吸引，形成重複堆疊的離子化物，其化學式以陽離子與陰離子數目的最簡單整數比表示，例如：氯化鈉（NaCl）代表na+與Cl-以1：1方式結合。

                          1、常見的離子化合物：
非金屬離子酸根氫氧根
金屬離子NaCl、CaONa2CO3、CuSo4NaOH、Mg(OH)2
銨根離子NH4ClNH4NO3

2、常見的離子：
＋１價＋２價＋３價
金屬陽離子Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+(1A)
Ag+、NH4+		Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Ra2+(2A)
Zn2+、Cu2+、Fe2+		Al3+、Fe3+
非金屬陽離子F-、Cl-、Br-、I-(7A)
OH-、CH3COOH-、NO3-、NO2-、MnO4-		O2-、S2-
SO42-、C2O42-、CO32-、CrO42-、Cr2O72-		N3-PO43-、

（２）離子化合物的特性：

  1. 固態時因陰、陽離子不能任意移動，故固態時不導電，但熔融態及水溶液態時，陰、陽離子可解離並自由移動，此時可導電。
  2. 高硬度缺乏延展性，當以足夠大的力量敲擊離子晶體時，陰、陽離子會分別移動到鄰近的位置同性電荷離子之間，斥力遽增並導致晶體的斷裂。
  3. 高熔點、高沸點（離子鍵是強化學鍵，不易斷裂）。

共價鍵與共價分子

一、共價鍵：

  1. 定義：非金屬原子彼此靠近時，常藉由共用價電子的方式來結合，以符合鈍氣的排列方式，共用的價電子受到兩個帶正電的原子核所吸引，這種鍵結方式就稱為共價鍵。原子以共價鍵結合所形成的分子稱為共價分子，或稱為分子物質。
  2. 特性：共價鍵通常出現在非金屬元素與非金屬元素之間。
    氫氣氫分子的形成
    　 https://linkinpoint.net/wp-content/uploads/2024/07/共價鍵_氫氣氦氣_fit.jpg

二、分子物質：

  1. 分類：共價分子所形成的物質稱為分子物質，包含有相同元素組成的元素分子（例如：氫氣、氧氣），與不同元素組成的分子化合物（例如：水、二氧化碳）。
  2. 特性：
    1. 共價分子所組成的物質其分子與分子之間有微弱的吸引力（稱為分子間作用力，又稱為凡得瓦力），此力並非化學鍵，故熔點與沸點較低。
    2. 固、液、氣三相均不導電，但酸、鹼之水溶液可導電。

三、共價網狀固體：

  1. 共價鍵形成的物質，若能無限延伸成巨大網、狀規律性的結構，稱為共價網狀固體。
    這些物質因無獨立的份子結構，無法像共價分子可用分子式來表示，故常以原子最簡整數比和元素符號來表示，其組成都以實驗式表示之。
    例如：石英、鑽石、石墨、矽。
  2. 特性：
    1. 共價網狀固體發生相變時需破壞共價鍵，故熔點，沸點極高，難溶於水。
    2. 部分共價網狀固體因層與層之間只有微弱的吸引力，故硬度不大，例如雲母、石墨等。
      但結構呈三次元立體網狀結構者硬度極高，例如石英、鑽石、矽、碳化矽等。

金屬鍵與金屬

　 https://linkinpoint.net/wp-content/uploads/2024/07/電子海.png

一、電子海理論：

金屬中所有的原子都提供自己的價電子，這一群價電子自由的移動在金屬陽離子之間，形成所謂的 電子海。
金屬陽離子則是有秩序地沉浸在電子海中，如同大海中的浮標浸泡在自由流動的海水，此時金屬陽離子與電子海之間的吸引力就稱為 金屬鍵。

二、金屬晶體的特性：

  1. 易導電、易導熱，金屬可導電。導熱係因電子海中之電子可自由移動。
  2. 有延性、展性。離子晶體者否。
  3. 金屬間的性質差異很大，通常外觀具有金屬光澤，大多是銀白色或銀灰色，具有較大範圍的熔點與沸點分布，熔點最低者為汞，而鎢則是熔點最高的金屬。在25度C下除了汞是液態金屬，其餘都是固態。