行動化學館（1）：物質的基本組成（2版）

第一章　物質的分類
本章導讀
物質與能量的分別在哪裡？
純物質與混合物要如何分別？
純物質與元素又該如何分別？
混合物內容均勻與否該如何判斷？
「溶液」只有液相嗎？

這些讓人相當頭痛的區別界定法，本章為你一次說清楚。

每當我們望向天空、到海邊欣賞大海美麗景致、甚至到山上看見綿延千里的山稜線，第一個想法，就是感覺宇宙的偉大與自身的渺小。
的確，「大」與「小」是種對比。
我們存在的空間，稱為「宇宙」，宇宙中，充滿了「物質」與「能量」，物質組成了「物體」，而能量，可以讓物體或物質做「功」。
1 物質的定義
翔宇是我高中化學班的高材生，就讀台灣高中第一學府─建中─的他，腦中充滿了許多稀奇古怪的有趣事物。有一天翔宇問我：「老師，『物質』的定義是甚麼？如何與『物體』做界定？黃金、水、人類，哪些是物質？哪些又是物體？」
我笑著回答他：「拿一把刀子將東西劈開，名稱不會改變的，就是物質。比如說：黃金分成兩半，仍叫『黃金』，水分成兩杯，還是叫『水』；但是拿刀砍斷你的手，你的手就不能代表是你囉！」
物質的定義，除了「佔有空間、具有質量」之外，我們可以說「物質」，就是「組成物體的本質」。
一、物質與能量
「物質」與「能量」，在中學的觀念而言，「佔有空間、具有質量」與否，是兩者的差別。物質即為「佔有空間、具有質量」，能量則否：如「氧氣」、「黃金」、「水」、「空氣」等是為物質，而「光」、「聲音」、「熱」、「電」等是為能量。
「物質」與「能量」雖可做區分，但兩者事實上是一體兩面的：物質含有能量（化學能、動能、位能等）、而能量作用於物質（加熱、照光、通電等），物質可以轉化成能量，能量可以造就物質（質能互換）。*
二、純物質與混合物
「純物質」又稱「純質」*，「混合物」是由純物質保有原本特性混合組成。要區分兩者，一般中學生大多只知道「純物質具有固定的組成與性質，而混合物則否」。其實，在課程內容中，純物質與混合物要區分總共有三種方式：
1. 是否具有固定的組成與性質。
2. 是否能以一般的物理方法分離之。
3. 成分中是否僅含一種分子（或晶體）。*

「是否具有固定的組成與性質」為大多數中學生對純物質與混合物區別的普遍認知觀念。如「氧氣」是純物質（一定由2個氧原子構成）、「空氣」是混合物；「蔗糖」和「水」都是純物質（蔗糖是由12個碳、22個氫、11個氧原子所構成，而水是由2個氫與1個氧原子組成），混合之後的「糖水」就是混合物。又如純物質有固定的熔、沸點（如一大氣壓下，水的熔點為0℃、沸點100℃），混合物則否。
所謂「固態」、「液態」、「氣態」等三相狀態說係針對純物質才有意義的說法，混合物在表面上雖有三相之分，但因為溶質狀態不一，所以描述三相意義不大，如「汽水」雖為液相混合物，但溶質二氧化碳卻是氣相。故本題「液態氨」顯然是氨化合物在液態狀態的說法。*
「酒精」為化合物「乙醇」的俗稱，意即自「酒」中提煉出來的「精華」，故「酒」為混合物，「酒精」為純物質；少數教師認為「無水酒精」才屬於純物質，此見解係屬無謂。*

一般常見的水化學名稱為「氧化氕（質量數為1）」，重水是氧與氫的同位素「氘（質量數為2，元素符號可寫成「D」）」所化合而成的化合物，化學式可寫為D2O。*
含水量在1%以下的純醋酸於16℃左右就會凝固，俗稱「冰醋酸」，所以冰醋酸就是純醋酸的化合物，而化合物都屬於純物質。*
汽油是由原油分餾而得，是為混合物，性質不固定。至於數字「92」是代表汽油的「辛烷值」，數字越大表示抗爆震程度越好（詳見本系列「有機化合物」一冊）。
又利用「溶解」、「過濾」、「蒸餾」、「傾析」、「離心」、「萃取」、「層析」（註）等物理方法也可以區分純物質與混合物。如「水」就無法利用上開方法將氫原子與氧原子分離出，但又如「糖水」，經過加熱蒸餾之後就可以將水蒸餾而出，其中的糖即會結晶。這些分離混合物的方法稱為「純化（purification）」。*
「粒子觀點」是比較深入的說法。「物質成分中是否僅含一種分子（或晶體）」也是另一種區別純物質與混合物的方法。如「水」成分中僅含有一種分子H2O，但「糖水」即為糖分子與水分子兩種分子混合而成。
但是，日常生活中常見的許多物質，有的還是讓許多讀者在觀念上覺得相當模糊。以下讓我們舉例為大家詳加說明。

第一章　物質的分類
本章導讀
物質與能量的分別在哪裡？
純物質與混合物要如何分別？
純物質與元素又該如何分別？
混合物內容均勻與否該如何判斷？
「溶液」只有液相嗎？

這些讓人相當頭痛的區別界定法，本章為你一次說清楚。

每當我們望向天空、到海邊欣賞大海美麗景致、甚至到山上看見綿延千里的山稜線，第一個想法，就是感覺宇宙的偉大與自身的渺小。
的確，「大」與「小」是種對比。
我們存在的空間，稱為「宇宙」，宇宙中，充滿了「物質」與「能量」，物質組成了「物體」，而能量，可以讓物體或物質做「功」。
1 物質...

台北市建國中學　劉翔宇同學
我原以為，高中化學科將會使我窒礙難行，不斷埋怨著，化學到底學來做什麼的？上了大為老師的課之後，我才了解生活中的一切，都是化學。大為老師的課程不僅幽默詼諧，更跳脫死板的課文知識，善用生活中的種種例子幫助我們建立觀念，因為老師的認真與細心，可以很快地察覺同學們感到疑問之處並加以解釋。
在化學這條黑暗的求學道路上，只有跟隨太陽神，就能找到前進的方向！相信這本書一定可以造福莘莘學子，為你解開課業謎團，協助你奪得高分！

台北市建國中學　劉翔宇同學
我原以為，高中化學科將會使我窒礙難行，不斷埋怨著，化學到底學來做什麼的？上了大為老師的課之後，我才了解生活中的一切，都是化學。大為老師的課程不僅幽默詼諧，更跳脫死板的課文知識，善用生活中的種種例子幫助我們建立觀念，因為老師的認真與細心，可以很快地察覺同學們感到疑問之處並加以解釋。
在化學這條黑暗的求學道路上，只有跟隨太陽神，就能找到前進的方向！相信這本書一定可以造福莘莘學子，為你解開課業謎團，協助你奪得高分！

自　序　擁有掌握國高中物理化學課程完美自信
十二年國教上路，課程也一貫化，國中理化與高中物理化學大綱雷同，僅有深淺繁複之分。
中學生要學到的物化內容，在國中時，所談到的內容廣泛而基礎，而在高中的基礎物化課程裡，就將國中課程內容的部分做較深入的探討，而比較專業且艱深的部分則放在高三選修課程裡，儘管如此，彼此間卻都有互相串連的重要關係。
在教學經驗中，發現有許多求知慾很高的國中同學，因本身程度好資質佳，想越級修習較高難度的課程，卻找不到程度適合的銜接教材；而高中同學普遍因為記憶力與理解力有限，對國中時已學習過的課程內容大多遺忘殆盡，想複習又不知從何做起。有鑑於此，本教學團隊將國、高中的物化課程統整起來，於民國102年陸續出版《中學生化學高分的關鍵秘笈》與《中學生物理高分的關鍵秘笈》系列書後，受到學生與家長的熱烈迴響，為更深入對各主題細項詳加探討，分別對物化各主題課綱分冊系列出書，以最精簡的用詞觀念，將國、高中的物化課程一貫合併，並完整地表達出中學一貫的物化課程各主題的內容。
本系列的特色，是把中學物理與化學各主題分冊說明：每冊分為若干章節，於每一章之前有導讀與學習概念圖，讓讀者閱讀前先有初步認識；主文有科普內容說明、詳細陳述國中與高中的學習深度分野（高中程度部分段末標明），並加上精選範例，範例講解除了有基本說明之外、還添加了作者在補教經驗上的特殊見解與解法，讓學生有耳目一新之感；章末還有學習重點與學習上容易犯錯等注意事項提醒，讓讀者學習完整個主題之後，有完美的統整結論。全系列完整而精緻的設計，我們期待：國中學生看完這本書之後，會對高中相關課程產生高昂的興趣、而高中學生的讀者，則能將原本的學習斷層做好完整的修補，進而在未來大考奪得高分！
在補教界任教二十五年，雖說自教授國中理化起家，同時也在十五年前開始投入高中化學的教學工作，對於課程的瞭解自有一番深刻的體認。我常在國中課程的課堂上向學生補充高中相關課程，希望國中學生對未來有一番憧憬；也時常在教導高中課程中，對同學提醒國中時曾出現過的內容，期待學生能夠重新喚起記憶，讓學習上有承先啟後的愉快感！教育是一種傳承、一個使命！相信本系列書籍的問世，必能帶給所有同學擁有掌握國高中物化課程完美自信！

自　序　擁有掌握國高中物理化學課程完美自信
十二年國教上路，課程也一貫化，國中理化與高中物理化學大綱雷同，僅有深淺繁複之分。
中學生要學到的物化內容，在國中時，所談到的內容廣泛而基礎，而在高中的基礎物化課程裡，就將國中課程內容的部分做較深入的探討，而比較專業且艱深的部分則放在高三選修課程裡，儘管如此，彼此間卻都有互相串連的重要關係。
在教學經驗中，發現有許多求知慾很高的國中同學，因本身程度好資質佳，想越級修習較高難度的課程，卻找不到程度適合的銜接教材；而高中同學普遍因為記憶力與理解力有限，對國中...

第一章　物質的分類
第二章　純物質的世界
第三章　原子結構
第四章　元素週期表
附　錄　量子論
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第一章　物質的分類
第二章　純物質的世界
第三章　原子結構
第四章　元素週期表
附　錄　量子論
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