第一節 離子

我們可根據離子的原子序和質量數,推算離子中的質子、中子和電子數目。

離子的符號包括 \(4\) 項資料:原子序、質量數、元素符號和電荷數。

只要我們掌握以下 \(3\) 條方程式,就可以從離子的符號,推算當中的質子、中子和電子數目。

  1. 質量數 = 中子數 + 質子數

  2. 質子數 = 原子序

  3. 電荷數 = 質子數 − 電子數

離子符號的 \(4\) 項資料

我們可從原子序或元素符號中,得知這個離子有 \(11\) 個質子。

然後我們可以推算質量數:

質量數 = 中子數 + 質子數
\(23\) = 中子數 + \(11\)
中子數 = \(12\)

推算電子數:

電荷數 = 質子數 − 電子數
+\(1\) = \(11\)​ − 電子數
電子數 = \(10\)

因此,鈉離子擁有 \(11\) 個質子、\(12\) 個中子和 \(10\) 個電子。

鈉離子的符號

對於主族元素而言,金屬或非金屬元素的原子會藉由化學反應來獲得或失去電子,以達到「八隅體」(或電子偶)的穩定結構。這就是離子形成的原因。

當原子失去電子時,質子的數目多於電子的數目,就會形成帶正電荷的陽離子;當原子獲得電子時,質子的數目少於電子的數目,就會形成帶負電荷的陰離子。一般而言,金屬原子較易失去電子,因此金屬原子較易形成陽離子;非金屬原子較易獲得電子,因此非金屬原子較易形成陰離子。

第 I 族的離子

現在,我們就來推測原子變成陽離子或陰離子的規則,並以族為單位,檢視相對應離子的電荷。

首先,我們要先從模擬中,找出以下原子的電子排佈:

第 I 族:鹼金屬 電子排佈
鋰 (\(\ce{Li}\))   
鈉 (\(\ce{Na}\))   

鋰和鈉會透過電子轉移,達到「八隅體」的穩定結構。在元素週期表中,最鄰近鋰和鈉的貴氣體分別是氦和氖。

第 \(0\) 族:貴氣體 電子排佈
氦 (\(\ce{He}\))   
氖 (\(\ce{Ne}\))   

因此,鋰和鈉的原子要失去 \(1\) 粒電子,才可獲得相對應貴氣體的電子排佈。由此可知,鋰離子和鈉離子的電子排佈是:

第 I 族:鹼金屬 電子排佈
鋰離子   
鈉離子   

由此推論,第 I 族元素的原子會生成帶 \(+1\) 電荷的離子。

第 II 族的離子

推測原子變成陽離子或陰離子的規則,並以族為單位,檢視相對應離子的電荷。

首先從模擬中,找出以下原子的電子排佈:

第 II 族:鹼土金屬 電子排佈
鈹 (\(\ce{Be}\))   
鎂 (\(\ce{Mg}\))   

鈹和鎂會透過電子轉移,達到「八隅體」的穩定結構。在元素週期表中,最鄰近鈹和鎂的貴氣體分別是氦和氖。

第 \(0\) 族:貴氣體 電子排佈
氦 (\(\ce{He}\))   
氖 (\(\ce{Ne}\))   

因此,鈹和鎂的原子要失去 \(2\) 粒電子,才可獲得相對應貴氣體的電子排佈。由此可知,鈹離子和鎂離子的電子排佈是:

第 II 族:鹼土金屬 電子排佈
鈹離子   
鎂離子   

由此推論,第 II 族元素的原子會生成帶 \(+2\) 電荷的離子。

第 III 族的離子

推測原子變成陽離子或陰離子的規則,並以族為單位,檢視相對應離子的電荷。

首先從模擬中,找出以下原子的電子排佈:

第 III 族 電子排佈
鋁 (\(\ce{Al}\))   

鋁會透過電子轉移,達到「八隅體」的穩定結構。在元素週期表中,最鄰近鋁的貴氣體是氖。

第 \(0\) 族:貴氣體 電子排佈
氖 (\(\ce{Ne}\))   

因此,鋁的原子要失去 \(3\) 粒電子,才可獲得相對應貴氣體的電子排佈。由此可知,鋁離子的電子排佈是:

第 III 族 電子排佈
鋁離子   

由此推論,第 III 族元素的原子會生成帶 \(+3\) 電荷的離子。

第 V 族的離子

推測原子變成陽離子或陰離子的規則,並以族為單位,檢視相對應離子的電荷。

首先從模擬中,找出以下原子的電子排佈:

第 V 族 電子排佈
氮 (\(\ce{N}\))   
磷 (\(\ce{P}\))   

氮和磷會透過電子轉移,達到「八隅體」的穩定結構。在元素週期表中,最鄰近氮和磷的貴氣體分別是氖和氬。

第 \(0\) 族:貴氣體 電子排佈
氖 (\(\ce{Ne}\))   
氬 (\(\ce{Ar}\))   

因此,氮和磷的原子要獲得 \(3\) 粒電子,才可獲得相對應貴氣體的電子排佈。由此可知,氮離子和磷離子的電子排佈是:

第 V 族 電子排佈
氮離子   
磷離子   

由此推論,第 V 族元素的原子會生成帶 \(−3\) 電荷的離子。

第 VI 族的離子

推測原子變成陽離子或陰離子的規則,並以族為單位,檢視相對應離子的電荷。

首先從模擬中,找出以下原子的電子排佈:

第 VI 族 電子排佈
氧 (\(\ce{O}\))   
硫 (\(\ce{S}\))   

氧和硫會透過電子轉移,達到「八隅體」的穩定結構。在元素週期表中,最鄰近氧和硫的貴氣體分別是氖和氬。

第 \(0\) 族:貴氣體 電子排佈
氖 (\(\ce{Ne}\))   
氬 (\(\ce{Ar}\))   

因此,氧和硫的原子要獲得 \(2\) 粒電子,才可獲得相對應貴氣體的電子排佈。由此可知,氧離子和硫離子的電子排佈是:

第 VI 族 電子排佈
氧離子   
硫離子   

由此推論,第 VI 族元素的原子會生成帶 \(−2\) 電荷的離子。

第 VII 族的離子

推測原子變成陽離子或陰離子的規則,並以族為單位,檢視相對應離子的電荷。

首先從模擬中,找出以下原子的電子排佈:

第 VII 族 電子排佈
氟 (\(\ce{F}\))   
氯 (\(\ce{Cl}\))   

氟和氯會透過電子轉移,達到「八隅體」的穩定結構。在元素週期表中,最鄰近氟和氯的貴氣體分別是氖和氬。

第 \(0\) 族:貴氣體 電子排佈
氖 (\(\ce{Ne}\))   
氬 (\(\ce{Ar}\))   

因此,氟和氯的原子要獲得 \(1\) 粒電子,才可獲得相對應貴氣體的電子排佈。由此可知,氟離子和氯離子的電子排佈是:

第 VII 族 電子排佈
氟離子   
氯離子   

由此推論,第 VI 族元素的原子會生成帶 \(−1\) 電荷的離子。