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相關課程
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- 在上一集影片中我們提到了遊離能
- 也就是原子遊離一個電子所需要的能量
- 我們還討論了 元素周期表中元素性質的一般變化規律
- 我們從周期表左下方的铯(Cs)開始
- 铯很嫌棄它的最外層電子
- 因爲铯原子很大
- 而且铯原子的第6電子層僅有1個電子
- 它完全可以丟掉這個多余的電子
- 這樣它就剩下5個填滿的電子層了
- 所以 铯原子很容易扔掉那個電子
- 因此 铯元素僅需要很少的能量就能發生遊離
- 在元素周期表的另一端
- 氦(He) 遊離則需要較多的能量
- 氦原子本身是很淡定的
- 因爲它的最外層已經填滿了電子
- 而且氦原子很小
- 外層電子與質子之間的距離很小
- 所以它們之間的庫侖力相當的大
- 因此需要花很多能量
- 才能遊離s軌道中增加的那個電子
- 在學習其他性質的變化規律
- 或其他原子之間的變化趨勢之前
- 我還想給大家拓展一下知識點：
- 那就是元素的第二遊離能
- 我之所以要講一下
- 是因爲一些化學考試或化學標準測驗中
- 可能會涉及這一知識點
- 第一遊離能 就是從電中性的原子中
- 遊離出第一個電子所需要的能量
- 遊離出第一個電子所需要的能量
- 第二遊離能就是
- 再從原子中遊離出第二個電子所需的能量
- 爲什麽第二遊離能那麽奇葩呢
- 試題有時會這樣出：
- 請指出哪些元素的第二遊離能較高？
- 你可能就會這樣分析：
- 大概第一遊離能很高的元素第二遊離能也會很高
- 這麽說也不能算錯
- 例如 氖(Ne)第一遊離能很高
- 它不肯放棄它的第十個電子
- 因爲那個電子恰好把第二電子層填滿了
- 接著 很明顯
- 就算你已經奪走了氖的第十個電子
- 再奪走它的第九個電子時
- 你會發現它的電子層結構和氟(F)原子的很像
- 所以第九個電子依然很難被奪走
- 所以你會說氖的第二遊離能也很大
- 但如果你再仔細想想
- 第二遊離能最高的元素
- 其實恰恰是第一遊離能最低的元素
- 呐
- 這裡可能較難理解
- 我們就拿锂(Li)作爲例子吧
- 它的第一遊離能顯然很低
- 因爲它有一個多余的電子
- 那個電子很容易失去
- 然而就在失去那個電子後 它將變得非常穩定
- 此時 它的電子層結構看來就和氦元素的一樣
- 所以要奪走锂的第二個電子
- 那會是相當的難
- 所以锂元素的第二遊離能很高
- 接著你可能會想到：
- 第二遊離能
- 比第一遊離能大的元素之中
- 哪種元素的
- 第一遊離能
- 比第二遊離能的大最多？
- 答案是：锂元素 以及它的同族元素
- 因爲當你奪走它們的一個電子後
- 它的電子層結構就會變得超級穩定
- 所以 想要在奪走一個電子就非常難了
- 你也可以從這張圖中看出來
- 顯然這是表現第一遊離能變化的圖線
- 但對於锂元素來說
- 要奪走它的第一個電子
- 那是很容易的
- 你只需要5電子伏(5eV)就能做到
- 不過奪走它的第一個電子後 電子層結構變得與氦的一樣
- 所以它的第二遊離能就變得
- 與氦的第一遊離能十分相近
- 不論如何 我不想讓你感到困惑
- 不過這的確是十分有趣的一點
- 而且會不時出現
- 接下來一個知識點
- 常常和遊離能聯係在一起
- 那就是 元素的電負度
- 電負度這個概念是由萊納斯・鮑林提出的
- 我對他印象深刻
- 他是一個著名的化學家
- 不過其實我印象深刻的事是
- 他成名是因爲曾經向大衆推崇
- 維生素C是獲得永生的關鍵
- 而且他自己也服用了大量的維生素C
- 或許我該再考究一下這是不是訛傳
- 我可不想糊裏糊塗地就傳播了鮑林的流言
- 我還記得我是在高中時知道的
- 回到正題 鮑林提出了電負度的概念
- 當兩個原子間形成共價鍵時――
- 嗯……我貌似還沒有講什麽是共價鍵
- 我已計劃把它介紹給大家了
- 不過還要再等幾集影片
- 共價鍵可以理解爲
- 原子通過共用電子形成的連接
- 讓我把它畫出來
- 例如氧原子(O) 氧原子可以這麽表示
- 就像我畫的這樣
- 我也可以把氧原子畫成這樣
- 畫成這樣方便我用這些多出來的電子成鍵
- 如果你把氧原子畫成這樣
- 再爲它加上兩個氫原子
- 氫原子有一個電子
- 它們之間會發生什麽？
- 如果不畫出共價鍵 如果不畫出共價鍵
- 其實它們兩者之間可以共用電子對
- 所以這個氧原子 咱把它畫在中間
- 這幾個電子 畫過來
- 畫成這樣吧
- 我把氧原子的電子畫成綠色的
- 氫原子的電子都畫成橙色的
- 因爲有兩個氫原子參與反應
- 其中之一就畫在這裡
- 而另一個就畫這在裏
- 那麽 會怎麽樣呢？
- 如果這個氫原子假裝這對電子都是自己的
- 它與氧原子共享了這對電子
- 就像在約定 嘿！咱倆共享這個綠色電子吧
- 你把綠色電子借給我
- 我就把我的橙色電子借給你
- 這樣我們就都能達到
- 穩定的電子層結構啦
- 氫原子因爲K殼層被填滿了
- 所以感到十分惬意
- 而氧原子因爲L殼層達到8電子
- 因此也十分滿足
- 雖然氧原子的8個電子中有兩個是借來的
- 但它一樣十分滿意
- 這就是共價鍵
- 形成共價鍵的原子共用電子對
- 所以共價鍵有時也可以畫成這樣
- 這是氧原子
- 這幾個是氧原子的孤對電子
- 然後像這樣畫一條直線
- 這條線暗示說
- 呐 線兩端各有一個電子
- 這裡有一個氧原子的電子
- 這裡有一個氫原子的電子
- 它們都是被共用的
- 這兩種畫法是等價的
- 直線僅僅強調這裡有共價鍵
- 插進了這點共價鍵的內容
- 主要是爲了
- 能更好地介紹電負度的概念
- 鮑林提出電負度這一概念 是因爲他認爲
- 在一般的共價鍵中
- 電子的共享並不是平等的
- 一些核能更大程度地占有共用的電子
- 在例子中 這個角色是氧原子
- 我們當然認識氧元素
- 氧元素在這裡
- 它最喜歡搶占電子
- 它有非常高的遊離能
- 它只可通過兩種途徑來改變電子層結構
- 變得像氖原子一樣飽和而淡定
- 而氧原子最喜歡電子了
- 氫元素則吊兒郎當的
- 它即可以得到一個電子
- 擁有穩定的1s軌道
- 它也能失去一個電子
- 變得只剩一個正電荷
- 氫原子怎麽變都行
- 所以氫原子表示自己很糾結
- 到底應該拿自己的電子怎麽辦呀
- 但因爲氧原子實在是對電子很饑渴
- 所以氫原子只好交出它的電子了
- 因此 在這對氧與氫的關係中
- 氧的電負度更強
- 電負度越強
- 說明一種元素占有電子的能力就越強
- 如果你想把這種關係表示出來
- 它看起來有點……如果你想表示出這個共價鍵
- 這只是一個抽象的概念
- 或許 可以把鍵的這一端畫得粗一點
- 這不是個規範的畫法
- 我只是隨便畫畫而已
- 如果你只畫出這一對氫和氧
- 這對公用電子可能主要繞著氧原子核運動
- 這是一個機率的分布圖
- ――電子較少圍繞氫原子核運動
- 對於另一個氫原子也是一樣
- 電子同樣較少圍繞氫原子運動
- 而較常圍繞氧原子運動
- 電負度的思想就是 在成共價鍵的兩個原子中
- 一個核能更大程度地占有
- 所共享的電子對
- 現在 如果我們想找出
- 元素周期表中元素電負度的變化規律
- 你覺得這個規律會是怎樣的？
- 哪些元素更渴望電子？
- 嗯 答案就是那些喜歡電子、
- 很難失去電子的
- 那些元素
- 最外激電子層接近8電子
- 接近穩定結構的那些元素
- 所以電負度最強的元素
- 應該就在這裡
- 它們就是鹵素 特別是氟元素
- 因爲原子越小 對電子的吸引力越大
- 你看 原子半徑越小
- 電子離原子核就越近
- 我沒有提及稀有氣體的原因是
- 它們在一般情況下根本就不會形成共價鍵
- 稀有氣體本來就很穩定了
- 它們也被稱作“惰性氣體”
- “惰性”意味著它們懶得變化
- 在英語中與“慣性”的意思相近
- 物理學中 慣性是指物體保持運動狀態不變的能力
- 保持靜止或原來的運動狀態
- 我不想扯太遠
- 不過這就是“惰性”的本意 它們啥事也不做
- 而這些元素會參與反應
- 它們能形成共價鍵
- 當它們參與形成共價鍵時
- 它們勾引其他原子的電子
- 同理 當這些元素參與成鍵時
- 你懂的 這些活潑金屬元素會說：電子就給你吧
- 我才不需要它們
- 沒有多余的電子我更開心呢
- 事實上 這些元素一般是完全抛棄自己的電子
- 它們甚至不形成共價鍵
- 它們形成“電價鍵”
- 下一集影片裏我們會談到這種化學鍵
- 正如你所見
- 電負度的變化規律與第一遊離能的一樣
- 這些家夥第一遊離能很大
- 這是因爲它們太喜歡電子了
- 所以它們的電負度也很強
- 在共價鍵中電子會偏向它們
- 而這些家夥的第一遊離能很低
- 所以想從它們那兒奪走電子很容易
- 這就是它們的電負度也很小的原因
- 所以一般在化學鍵中電子都不會偏向它們
- 關於元素 人們會提到的性質
- 還有金屬性
- 我想起一堆與金屬性有關的知識
- 如果某人提到金屬性
- 我會聯想到金屬可以導電
- 金屬有光澤 還有延展性――
- 當我彎曲金屬的時候它不會斷裂
- 這就是我對金屬性的印象
- 但當人們提到化學中的金屬性時
- 他們實際上是在講
- 某種元素失去電子的容易程度
- 那才是金屬性的概念
- 這很重要
- 如果你討論金屬
- 通常會提到導電性
- 或是延展性 或是
- 原子沈浸於電子海洋中
- 那麽 金屬性的變化規律是怎樣的呢？
- 哪些原子比較傾向於失去電子呢？
- 在左下角這些 對吧？
- 越往下 原子就越大
- 最外層電子就離原子核越遠
- 電子與原子核間的庫侖力就越弱
- 所以這些電子受到的制限就越小
- 如果原子最外層只有一個
- 或者是兩個電子的話
- 它們會說：把這多余的電子拿走吧
- 這樣我的最外層就滿電子了哈哈哈
- 所以這些家夥傾向於失去電子
- 它們也因此擁有很強的金屬性
- 而這些想留住電子
- 甚至獲得更多電子
- 它們的金屬性就很弱了
- 事實上 它們根本就沒有金屬性
- 接著 在同族元素中 金屬性的變化規律----
- 雖然我畫的是對角線
- 不過基本上這規律是符合這對角線
- 同族元素中原子序越大
- 原子的半徑也就越大
- 電子離原子核的距離也就越遠
- 電子與原子核間的電磁力也就越弱
- 或者說庫侖力越來越弱
- 所以它們更容易失去電子
- 所以越往下 金屬性會越大
- 往左金屬性也一樣會變得越來越大
- 因爲當最外層只有一對電子時
- 你會想把它們丟掉
- 所以金屬性與電負度的變化規律恰好相反
- 它是這樣跑的
- 但由於相同的原因
- 這些家夥想獨占電子
- 而這些想丟掉電子
- 沒錯吧？
- 所以遊離能由左下至右上遞增
- 電負度也由左下至右上遞增
- 而金屬性則由左下至右上遞減
- 今天最後一個性質是原子半徑的變化規律
- 其實可以利用很多種辦法來測量原子的半徑
- 但其中沒有哪一種是最好的 原因很明顯
- 我們也曾經提到過――
- 那就是原子半徑其實不是固定的
- 電子有可能出現在任何地方
- 所以你只能畫出大致的邊界：
- 在這個範圍內有90%幾率能發現電子
- 然後將這個邊界定義爲原子的邊界
- 你也可以這樣定義：如果一個原子和相同原子成鍵
- 那這兩個原子核間距離的一半 就是原子的半徑
- 對吧？
- 比如這兩個原子成鍵
- 那麽這就是兩個原子核的距離
- 你就可以定義原子的半徑是這一段
- 所以可以有很多方式來測量原子半徑
- 我想 你已理解原子半徑的大意
- 它就代表著原子的大小
- 你可能已在腦海中構想出來了：
- 每一族越往下原子的半徑就越大
- 原子的能級越來越多
- 電子層也越來越多
- 所以原子變得越來越大
- 其實 這個變化規律就是上面那些結論的原因
- 周期表中 越往下 元素的第一遊離能越小
- 元素的電負度越弱
- 這都是因爲 越往下元素的原子半徑越大
- 現在 就只剩一件事不能憑直覺判斷了：
- 由左向右變化趨勢如何呢？
- 同周期元素由左向右電子數量越來越多
- 但這些電子都是填入同一電子層的 對吧？
- 所以 如果這是原子核
- 這是某個電子層 或者某個亞層
- 雖然它們並不都是球形的
- 但就假設這是某個球形的亞層吧
- 一個周期中由左向右
- 電子的數量一個接一個地增加
- 沒錯吧？
- 惡心的變化趨勢簡化後大致是這樣的
- 一個周期中由左向右
- 原子核中的質子也越來越多
- 所以原子核帶的正電荷也越來越多
- 所以這些電子就被拉向原子核
- 它們被往裏拉
- 所以一個周期中由左向右
- 原子大小是遞減的
- 你可能會問
- 那從一個周期最後一個和下一個周期第一個元素比呢？
- 下一個周期第一個元素質子更多
- 原子半徑不會變小麽？
- 它的質子的確更多
- 但是 它也同時擁有了更多的電子
- 而且 這個電子填入離核更遠的新電子層
- 新周期上的元素原子半徑會比上一周期的大
- 所以 越往下 原子半徑越大
- 越往左 原子半徑也越大
- 所以原子半徑由左上至右下遞增
- 不論是哪一族的元素
- 位於後一周期的元素的原子半徑
- 一般比前一周期的都要大
- 在而同一族中的變化規律是
- 原子序越大 原子半徑越大
- 而在同一周期中的變化規律是
- 原子序越大 原子半徑越小
- 最後 希望你們喜歡這堂課
- 下幾集我們將討論 化學鍵