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在上一集視頻中, 我們談到游離能,
或說是除去一個電子所需要的能量.
我們也見識了(元素)週期表中的一般趨勢,
當你在左下角靠近銫(Cs)的地方,
銫(Cs)很想給出電子,
因為它的原子很大.
它的第六層殼僅有一個額外的電子,
它可以丟掉這個電子,
這樣它就剩下五層填滿的殼了.
所以, 它真想扔掉那個電子,
也就是, 游離它需要很少的能量.
反之, 在(元素)週期表的另一端,
游離氦(He)則需要很多的能量.
它是很開心的,
它的第一層殼是填滿的,
原子又很小,
電子和質子非常靠近,
所以, 它們之間的庫侖力超強,
除去那個末加的電子就需要很多的能量,
這我們已經學過了.
在我改談不同原子中其他種趨勢或性質之前,
我想講的一樣東西是
第二游離能的概念, 第二游離能.
我之所以要如此做
是因為有時一些化學考試或化學標準測驗中會問到.
概念是這樣的, 游離能是除去第一個電子,
就是從中性的狀態到撬開一個電子,
所需要的能量.
第二游離能就是
除去下一個電子所需的能量.
為什麼這會有趣的理由是因為有時候
他們會說, 好吧, 哪些元素有非常高的
第二游離能?
你會被引誘做如此想, 好吧,
高的游離能或許也代表高的第二游離能.
而那可能是真的.
例如, 氖(Ne)的游離能很高,
它真想留住那第十個電子,
因為它把第二層殼填滿了.
接著, 當然, 就算你有辦法除去那個電子,
當現在它的電子結構看起來和氟(F)的極像,
要除去第九個電子
依然是非常困難的.
所以, 你會說它的第二游離能
仍然很高.
但如果你再想想, 擁有最高
第二游離能的元素將會是
一些擁有最低游離能的元素.
因此, 想一下.
那可能有些讓人困惑.
我們就拿鋰(Li)作為例子吧.
它的游離能很低.
它有那一個額外的電子,
它只想給出去.
然而, 一旦給出後, 它將會處在一個非常穩定
的情況中. 此時, 它的電子結構
看起來就像氦(He)的.
所以, 要除去那第二個電子
會是超難的.
所以, 鋰(Li)的第二游離能很高.
你可能會碰到一個問題, 他們這麼著,
這些元素中哪一個的游離能
和第二游離能之間相差最大?
第二游離能是
高於它們的游離能的.
答案是鋰(Li)或第一族的任一元素,
因為, 一旦你除去一個電子後,
它的電子結構就會變得超級穩定,
所以, 想要除去第二個電子就超難了.
你也可以從這張圖表中看出來.
當然, 這是第一游離能.
但打個比方, 在鋰(Li)的例子中,
要除去那個電子
是很容易的.
你只需要五電子伏特(5eV)就能做到.
不過, 之後, 電子結構看起來和氦(He)的極像.
所以, 它的第二游離能看起來就會很像
氦(He)的第一游離能.
無論如何, 我不想讓你感到太困惑,
不過, 那是會不時出現的
有趣的一點.
現在, 另一個, 在我的心裡, 在許多方面都有關聯的
性質是電負性的概念, 電負性.
這個概念是由Linus Pauling提出的.
我永遠記得他.
他是一個著名的化學家. 我永遠記得的是
他成名是因為他深信
維生素C彷彿是獲得永生的關鍵.
而且, 他自己服用了大量的維生素C.
我或許該對這點再多做研讀.
我可不想散播關於Linus Pauling的謊言,
但我還記得那是我在高中時讀到的.
總之, 他提出了電負性的概念.
而這概念是當兩個原子間形成共價鍵時 ----
我還沒教你什麼是共價鍵,
而我計畫在今後的數集視頻中做這事 ----
共價鍵, 不過, 共價鍵的概念真的只是
原子共用著電子.
讓我把它畫出來.
我這兒有氧(O), 氧(O)看起來像這樣.
我可以把它畫成那樣.
我也可以把氧(O)畫成這樣,
因為我將用這些多餘的電子來鍵結.
如果, 你把氧(O)畫成那樣, 再把它加給兩個氫(H) ----
氫(H)有一個電子 ----
會發生什麼呢?
如果你從沒看過共價鍵, 你可能還不知道,
但原子實際上會共用電子的.
所以, 這個氧(O), 你把它放在中間.
這幾個(電子), 在這兒.
讓我把它畫成那樣吧.
氧(O)的電子, 我用綠色的畫,
而氫(H)的電子, 我就用橙色的畫.
所以, 有兩個這樣的氫(H).
一個氫(H)就在那裡,
而另一個氫(H)就在那裡.
現在, 發生了什麼呢?
嗯, 如果這個氫(H)可以假裝這兩個電子, ----
它必須多少和氧(O)
共用這個綠的.
而做成的交易是, 嘿, 咱倆共用這個綠色的吧.
你把綠色的借給我, 我就把橙色的借給你,
我們兩方似乎都能覺得達到了
穩定的電子結構.
氫(H)覺得不錯, 因為1s殼層
被完全填滿了.
而氧(O)覺得棒,
因為它的價電子殼層被八個電子完全填滿,
其中有兩個是借來的.
所以, 它覺得棒.
這就是共價鍵,
在那兒原子共用著電子.
所以, 共價鍵有時也可以畫成這樣.
氧(O).
那些是氧(O)的多餘的電子對.
然後, 畫一條像那樣的直線, 像那樣的一條直線, .
那條線含蓄地說, 看哪, 線的兩端
各有一個電子.
那裡有一個氧(O)的電子,
而那裡有一個氫(H)的電子,
它們都是被共用的.
這兩種畫法代表一樣的東西.
但那條直線僅代表共價鍵.
我時候未到就先談一點共價鍵的理由
是為了我可以論及
電負性.
而Linus Pauling提出的概念是
在這些共價鍵中, (電子的)共用並不是平等的.
一些原子會多一點地
佔有電子.
在此例中, 氧(O).
我們學過氧(O)了.
氧(O)老遠在這裡.
它愛抓電子.
它有非常高的游離能.
它距離擁有和氖(Ne)類似的電子結構
因而超級快樂只有兩步之遙.
因此, 氧(O)愛死電子了.
氫(H)則有點搖擺不定.
它可以得到一個電子,
因而擁有穩定的1s軌跡.
它也能失去一個電子,
本質上變成一個正離子.
兩者都行.
所以, 相對於電子會發生啥事,
氫(H)比較多點曖昧不明.
但氧(O)真的想要電子
以致它可以被填滿.
因此, 在這氧(O)與氫(H)的關係中,
氧(O)的電負性較強.
它的電負性較強, 亦即它
佔有電子的能力較強一點.
如果你想把這種關係在這兒畫出來,
它看起來有點 ---- 如果你想畫這個共價鍵,
這全是抽象的,
或許你可以把那一端
畫得重一點.
這絲毫不是慣例的畫法,
只是我自創的.
如果你只畫出氫(H)和氧(O)的部份,
電子可能大多數時間圍繞著氧(O)
---- 這是一個概率的分佈 ----
而較少時間圍繞著氫(H).
對於另一個氫(H)也是一樣.
他們花在氫(H)周圍的時間較少,
而花在氧(O)周圍的時間較多.
電負性的概念只是在形成共價鍵時,
一個原子更多地佔有電子.
現在, 如果我們想解出週期表上電負性的
趨勢, 你想會發生什麼事?
哪些元素有可能霸佔電子?
嗯, 就是那些愛電子的,
那些很難從它們身上
拿走電子的,
那些最外層殼超接近完成
滿八個價電子(結構)的.
所以, 電負性最強的原子
將會就在這裡.
它們將會是鹵素, 特別是氟(F),
因為小原子更想要電子,
因為它們是小原子,
電子離原子核就較近.
我在這兒不談稀有氣體的原因是
它們不會形成共價鍵.
它們總是很開心.
它們全是這些惰性氣體.
"惰性"意味著它們啥事都不做.
一個相似的字是“慣性”.
"慣性"是指想要保持靜止,
不做任何事, 或保持原來的運動狀態的傾向,
但我不想扯太遠.
不過, 這些就是“惰性”的,
它們啥事也不做.
而這些傢伙會反應,
它們在上面這兒形成共價鍵.
當它們形成共價鍵時, 它們霸佔著電子.
同樣地 ,當下面這兒的這些傢伙形成共價鍵時,
它們一副, 你猜怎麼著, 電子就給你吧,
我才不需要它們.
沒有它們我其實更開心呢.
事實上, 這些傢伙有時真的
就給出電子,
它們甚至不形成共價鍵.
它們形成的叫做離子鍵.
在下一集視頻裡我們會談到它.
但正如你所見, 這趨勢與
游離能的一樣.
這些傢伙, 除去一個電子
需要很多能量.
這是因為它們太愛電子了.
所以, 這些傢伙的電負性也很強.
在共價鍵中電子會偏向它們.
而這些傢伙, 游離能很低.
想從它們那兒奪走電子很容易.
這就是它們的電負性很低的原因.
在化學鍵中電子不太可能偏向它們.
一些人有時會談到的另一趨勢
是元素的金屬性, 金屬性.
當某人提到金屬性時,
我的心裡會想起許多東西來, 我想
它應該導電,
它應該有光澤, 它應該有延展性,
當我折它的時候, 它不會斷裂.
那就是我如何想像金屬性的.
但當人們在化學中談到它時,
他們實際上只是在講
給出電子的意願.
那是金屬性.
而這很重要,
如果你談到可以導電,
或有延展性或有原子能坐在其中的這片電子海
的某物.
但是, 一樣的趨勢.
哪些原子很可能給出電子呢?
嗯, 在左下角, 對吧?
當你往下走, 原子變得越大,
所以, 電子就離原子核越遠.
庫侖力就越弱,
所以, 這些電子被束縛住的力量就越小.
還有, 如果在最外層殼裡, 這兒一個額外的電子
或是那兒兩個額外的電子, 你擺明了,
嘿, 讓我把它們解決掉吧,
這樣我的外殼就完全了.
所以, 這些傢伙想要給出電子,
它們也因此擁有很高的金屬性.
而這些傢伙想留住電子,
甚至獲得更多.
它們的金屬性就很低了.
事實上, 不管從哪一方面來看, 這些完全沒有金屬性可言.
假使你說在同一族中, 趨勢是 ----
我的意思是, 雖然我畫的是對角線,
不過, 一般來說, 它都是真的 ---- 同一族越往下走,
原子的半徑就越增加, 而且
外層電子離原子核也就越遠.
因此, 電荷間的吸引力也就越弱,
或者說庫侖力變得越弱.
它們更可能給出電子.
所以, 越往下走, 金屬性會增大.
而且, 往左走, 金屬性也會增大,
因為, 當最外層殼只有幾個電子時,
你會想把它們給掉.
所以, 金屬性走相反的方向.
像那樣的.
但由於相同的原因,
這些傢伙愛獨佔電子.
而這些傢伙想給掉電子.
沒錯吧?
所以, 游離能由左下向右上遞增.
電負性也由左下向右上遞增.
而金屬性則由右上向左下遞增.
最後一個我們可以談的趨勢是原子的半徑, 原子的半徑.
有很多種不同的辦法來真正地測量它,
但沒有哪一種是最好的, 原因很明顯,
我們也曾經提到過, 那就是原子並沒有固定的半徑.
電子有可能出現在任何地方.
所以, 你只能硬畫出個界限, 好吧,
(在這個範圍內)有90%的機會能找到電子,
那就是原子的球殼了.
你也可以說, 好吧, 如果一個原子和另一個原子鍵結,
那這兩個核之間距離的一半是什麼?
對吧?
假設有一個化學鍵,
那麼這就是兩個原子核之間的距離,
而你就可以說那是原子的半徑.
所以, 有很多的方式.
但我想, 你已有了普遍的概念,
它就是原子的大小,
你已經可以想像,
任一族往下走時, 原子的大小會增加.
原子的能階越加越多,
殼層也越加越多,
原子變得越來越大.
其實, 我們已經用這個做為為什麼
越往下走, 游離能會下降,
電負性會越低的論據.
當你越往下走, 原子半徑越大.
現在, 有一件也許有點非直觀的事是
當你由左向右走時, 會如何呢?
當你向右走時, 電子數量越加越多,
但都是加入同一層殼的, 對吧?
所以, 如果這是原子核, 就這兒,
而這是某層殼, 或者某層軌跡殼,
顯然地, 它們並不都是球形的.
但比方說, 這是某層軌跡殼,
當你在一個週期中向右走時,
電子不斷地加到那層殼裡,
沒錯吧?
這是特不堪的過度簡化.
當你在一個週期中向右走時,
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.
會發生的是這些電子被往裡拉.
它們被往裡拉.
所以, 當你在週期表中向右移時,
原子的大小是遞減的.
你可能會問, 好吧, 走到下一個週期
又會如何呢?
質子會更多.
原子半徑不會變小麼?
它的質子的確更多,
但同時, 電子是被加到
距離較遠的新層殼.
因此, 新週期上的元素原子半徑會比較大.
也就是, 越往下走, 原子半徑越大.
而越往左走, 原子半徑也越大.
所以, 原子半徑由右上至左下遞增.
雖然, 一般而言, 不論是位在哪一族,
較下面週期的元素的原子半徑
比多數較上面週期的要大.
但在同一族中的趨勢是原子序越大,
原子半徑越大.
而在同一週期中, 質子越多,
原子半徑就越小.
無論如何, 希望你覺得那些討論有趣.
在下幾集視頻裡, 我們將由鍵結開始談起.