普通化學

緒論+原子簡介

本篇會介紹一些普通化學的基本觀念,概念上都不難,大部分高中都學過,那我在這邊會幫大家補充一些重要的英文單字(建議背起來),以下即是正文。

目錄

  1. 化學介紹
  2. 科學方法
  3. 原子結構
  4. 化學鍵結簡介

化學介紹

  1. 主要可以分為 General Chemistry(普通化學)、Analytical Chemistry(分析化學)、Organic Chemistry(有機化學)、Biological Chemistry(生物化學)
  2. 是一門可以了解巨觀世界(macroscopic world)和微觀世界(microscopic world)關聯的科學,同時也是一種語言。
    註:macro在字首表示,micro在字首表示
  3. Matter(物質):佔據空間且具有質量,並且可以分為三個相態
    1. Solid(固體):具有固定形狀,固定體積
    2. Liquid(液體):不具有固定形狀,但具有固定體積。
    3. Gas(氣體):不具固定形狀,也不具有固定體積,一切取決於容器。
  4. Mixture(混合物)可以分為兩種:
    1. Homogeneous(勻相):混合均勻,不同物質間沒有明顯可區分的部分,例如:未飽和的鹽水
    2. Heterogeneous(異相): 不同物質間有明顯可區分的部分,例如:水裡的沙
  5. 物質的分類方式
    1. 勻相和非勻相物質,可藉由物理方法轉換。
    2. 勻相物質變成純物質的過程可藉由物理方法轉換。
    3. 化合物和元素之間,則必須使用化學方法轉換。

科學方法

  1. Law(定律):定律是總結發生的現象。
  2. Theory(理論):理論是解釋觀察到的現象。
  3. 研究流程和國中學的差不多,這裡就不贅述了。
  4. Measurement=數字+單位
    1. 七大基本單位

      Physical QuantityName of UnitAbbreviation
      Masskilogramkg
      Timeseconds
      TemperaturekelvinK
      Electric currentampereA
      Amount of substancemolemol
      Luminous intensitycandelacd

    2. 數量級
      PrefixSymbolMeaningExponential notation
      megaM1,000,00010 6
      kilok1,00010 3
      110 0
      centic0.0110 -2
      millim0.00110 -3
      microμ0.00000110 -6
      nanon0.00000000110 -9
      picop0.00000000000110 -12

    3. Significant Figure有效位數的判讀
      1. 非零的數都是有效位數,ex:1234就有四位有效位數
      2. 前方連續的零不可算為有效位數,023,只有後方的23是有效位數,所以有效位數是兩位
      3. 如果零在後面,且前方有小數點的話,零可以被當作有效位數,ex:98.00,總共有四位有效位數
      4. 如果零在後面,但前方沒有小數點,零就不能當作有效位數,ex:9800,有效位數就只有98,兩位有效數字
      5. 科學記號的有效位數
        1. 當數字寫成科學記號的形式時,前方的位數即為有效數字。
        2. 當進行科學記號的加減時,最後結果小數點的有效位數=式子中小數點位數最少者。 1.25 + 3.1805 = 4.4305,最後為4.43
        3. 當進行科學記號的乘除時,結果小數點後有效位數=式子中最少的有效位數。 1.342 x 5.5 = 7.381,最後為7.4
    4. Accuracy(準確)vs Precision(精確)
      1. Accuracy(準確):實驗值與實際值是否相近,越接近準確度越高
      2. Precision(精確):每次實驗的實驗值是否相近,越接近精確度越高

原子結構

  1. 基本化學定律
    1. Law of conservation of mass 質量守恆定律(by Lavoisier)
      1. 質量不會因為反應增加或減少
      2. 氧氣會參與在氧化行為
    2. Law of definite proportion定比定律(by Joseph Proust)
      1. 同樣的化合物,組成比例相同
    3. Law of multiple proportions 倍比定律(by Dalton)
      1. 兩個元素所組成的不同化合物,固定其中一個元素的重量,另一個元素在兩種化合物間的重量比可以化為最簡整數比。
      2. EX一氧化碳和二氧化碳,當兩者的碳含量都是12g時,兩者的氧含量比是1:2
    4. 道爾頓的原子說
      1. 元素是由叫做原子(atom)的微小粒子所組成的
      2. 元素是由同一種原子組成的,不同元素是由不同原子組成的
      3. 當原子以不同方式和不同原子鍵結時性質也不同
      4. 在化學反應中原子本身沒有變化
    5. Avogadro’s hypothesis 亞佛加厥假說
      1. 同溫同壓下(同條件下),同樣體積的不同氣體會包含相同數量的分子
      2. 攝氏15度下,1公升的氧氣和氫氣,兩者的分子數是一樣的。
  2. 早期的原子實驗
    1. J.Thomson’s cathode-ray tube 湯木生的陰極射線管
      1. 測出電子荷質比為-1.76 x 10 8 C/g(前方的-是電性)
      2. 他認為原子內應有可中和負電(electron)的正電粒子(proton)
      3. 提出 Plum pudding model 葡萄乾布丁模型(後被推翻)
    2. Robert Millikan的油滴實驗
      1. 利用油滴實驗測出電子質量9.11 x10-31kg
    3. Ernest Rutherford’s gold foil experiment 拉塞福的金箔實驗
      1. 推測出 nucleus 原子核的存在
      2. 推翻 Plum pudding model,並提出行星原子模型
      3. 現代科學對原子結構的認識
        1. Nucleus 原子核大小: 10 −15 m,原子大小 : 10 −10 m
        2. 原子核密度極大
        3. Isotopes(同位素) vs isobar(同量素)
          1. Isotope同位素:Proton 數量相同,Neutron 數量不同
          2. Isobar同量素:質量數相同,proton數不同
        4. 原子量
          1. 原子量並非一個固定的值
          2. 現在看到的原子量為平均原子量

化學鍵結簡介

  1. Covalent Bond共價鍵:
    1. 鍵結是由共享電子所組成。
    2. 依照這樣鍵結所形成的物質,稱之為分子molecule
  2. Ionic Bonds離子鍵:
    1. 鍵結是藉由正負電荷的相吸所形成。
    2. 相關名詞
      1. Ion離子,具有正電或負電的原子
      2. Cation正離子,具有正電荷的原子,失去電子而來
      3. Anion負離子,具有負電荷的原子,得到電子而來

參考書目

Chemistry, 8th ed. by Zumdahl S.S. and Zumdahl S.A.