3小時讀通無機化學

前言................................................................................. 1

第1章　簡單又複雜的原子結構............................. 9
1-1 無機化學的守備範圍有多大？ ....................... 10
1-2 物質由原子組成 ............................................. 12
1-3 原子由三種不同的粒子組成 ........................... 14
1-4 原子序與質量數所提供的訊息 ....................... 16
1-5 原子量為何不是整數 ..................................... 18
1-6 一莫耳跟一打同樣都是容量單位 ................... 20
1-7 容納電子的電子殼層為多層結構 ................... 22
1-8 電子殼層的軌域不只一種 .............................. 24
1-9 電子組態排列規則 ......................................... 26
1-10 價電子決定了原子的性質 .............................. 28
Column 是數位？還是類比？................................... 30

第2章　週期表與分子............................................... 31
2-1 隱藏在週期表裡的秘密 .................................. 32
2-2 3族元素的特殊性 ........................................... 34
2-3 原子的性質呈現週期性變化 ........................... 36
2-4 思考原子與元素的定義 .................................. 38
2-5 典型元素與過渡元素的分類 ........................... 40
2-6 各有特色的典型元素 ..................................... 42
2-7 過渡元素的軌域順序會有變化 ....................... 44
2-8 金屬元素的特色和類金屬元素 ....................... 46
2-9 分子的表示方式不只一種 .............................. 48
2-10 分子與化合物的差別在於組成元素的種類 ..... 50
Column 人造元素的分類........................................... 52

第3章　無機分子的結構 ..................................53
3-1 化學鍵是存在於原子之間的引力 ................... 54
3-2 離子鍵是靠著靜電引力結合的陰陽離子 ......... 56
3-3 金屬鍵是靠著自由電子結合的金屬離子 ......... 58
3-4 共價鍵是各自拿出不成對電子的結合方式 ..... 60
3-5 單鍵與雙鍵就像握手一樣 .............................. 62
3-6 碳為了增加不成對電子的數目而形成混成軌域 .................................................................. 64
3-7 未共用電子對會影響到分子的形狀 ................ 66
3-8 水分子因為氧的混成軌域而呈ㄑ字型 ............ 68
3-9 極性分子的未共用電子對會形成配位鍵 ......... 70
3-10 水靠著氫鍵的微弱引力結合 ........................... 72
3-11 一出現又馬上消失不見的凡得瓦力 ................ 74
Column 碳的同素異形體........................................... 76

第4章　典型元素的性質 ..................................77
4-1 比空氣輕的氣體元素有四種 ........................... 78
4-2 1族元素都是鹼金屬 ....................................... 80
4-3 2族元素包含了與水劇烈反應的鹼土金屬 ....... 82
4-4 12族元素是會造成公害的金屬元素 ............. 84
4-5 3族元素又稱為硼族元素 .............................. 86
4-6 14族元素不成為離子而是形成共價鍵 .......... 88
4-7 15族元素又稱為氮族元素 ............................ 90
4-8 16族元素又稱為氧族元素或硫族元素 .......... 92
4-9 17族元素是鹵族元素 ................................... 94
4-10 形成封閉殼層結構的18族元素是穩定的
稀有氣體元素 .............................................. 96
Column 類金屬 ........................................................ 98

第5章　過渡元素的性質與反應 ..................... 99
5-1 過渡元素的特徵 ........................................... 100
5-2 過渡元素的分類 ........................................... 102
5-3 4族元素的特徵與用途Ti、Zr、Hf ................ 104
5-4 5族元素的特徵與用途V、Nb、Ta ............... 106
5-5 6族元素的特徵與用途Cr、Mo、W .............. 108
5-6 7族元素的特徵與用途Mn、Tc、Re ............. 110
5-7 8族元素的特徵與用途Fe、Ru、Os ............. 112
5-8 9族元素的特徵與用途Co、Rh、Ir ............... 114
5-9 10族元素的特徵與用途Ni、Pd、Pt ............. 116
5-10 11族元素的特徵與用途Cu、Ag、Au ........... 118
Column 白K金（White Gold） ............................. 120

第6章　物質的狀態與性質 ............................ 121
6-1 固態、液態、氣態有什麼不同？ ................. 122
6-2 具有代表性的結晶類型 ................................ 124
6-3 金屬的三種晶體結構 ................................... 126
6-4 無法回復結晶狀態的無定形態 ..................... 128
6-5 朝著同一方向流動的液晶分子 ..................... 130
6-6 液晶螢幕的原理 ........................................... 132
6-7 低於臨界溫度就會成為零電阻的超導體 ....... 134
6-8 靠著共用電子（而非自由電子）來導電的
半導體 ......................................................... 136
Column 什麼是超臨界水 ........................................ 138

第7章　溶液的性質與電化學 ........................ 139
7-1 化學上的「溶解」指的是⋯⋯ ..................... 140
7-2 溫度升高時，溶解度也會增加嗎？ .............. 142
7-3 用來區分酸與鹼的定義 ................................ 144
7-4 酸與鹼的強度因離子價數及電離度而產生變化 ............................................................. 146
7-5 溶液中的氫離子濃度決定了酸鹼性 .............. 148
7-6 中和是具有代表性的酸鹼反應 ..................... 150
7-7 氧化還原反應須注意氧化數的增減！ .......... 152
7-8 氧化劑在反應中讓對方的氧化數增加，還原劑則使其減少 ....................................... 154
7-9 金屬在溶解時被氧化 ................................... 156
7-10 由大至小依序排列的氧化力與還原力就是離子化傾向 .................................................. 158
7-11 電池的放電機制 ........................................... 160
7-12 電池有許多種 .............................................. 162
7-13 太陽能電池的產電機制 ................................ 164
Column 酸性食物與鹼性食物................................. 166

第8章　稀有金屬與放射性元素 ..................... 167
8-1 稀有金屬因各國的產業狀況而異 ................. 168
8-2 就算想要也很難到手的稀有金屬 ................. 170
8-3 產地集中於特定區域的稀有金屬 ................. 172
8-4 稀有金屬主要可作為合金、電子零件等功能性材料使用 .............................................. 174
8-5 稀土元素的特殊性 ....................................... 176
8-6 稀土元素的礦石中含有放射性物質，因此不易冶煉 ..................................................... 178
8-7 稀土元素主要可用於發光材料、磁性系統等方面 ......................................................... 180
8-8 超鈾元素是人造元素 ................................... 182
8-9 什麼是核反應？ ........................................... 184
8-10 地球內部的核反應 ....................................... 186
8-11 太陽是巨大的核融合反應爐 ......................... 188
8-12 一旦開始就無法停止的核分裂反應 .............. 190
8-13 核能發電機制 .............................................. 192
8-14 核燃料的製造方式 ....................................... 194
8-15 需要好幾道安全防護的圍阻體 ..................... 196
Column 重金屬的毒性............................................. 198

第9章　生命、環境與無機化學 ...................... 199
9-1 氫以外的元素都是因核融合而產生 .............. 200
9-2 無機化合物和有機物都是同樣的來源 .......... 202
9-3 人體所需的微量元素具有調節的功能 .......... 204
9-4 有毒的金屬 .................................................. 206
9-5 酸雨所造成的危害其實相當嚴重 ................. 208
9-6 SOx和NOx的問題是否有因應之道？ ........... 210
9-7 全球暖化是地球等級的警告 ......................... 212
9-8 到處都有放射線 ........................................... 214
9-9 臭氧層破洞歸因於人類的無知 ..................... 216
9-10 會產生含鈽核廢料的核電是沒有未來的 ....... 218

索引............................................................................... 221

序

　　在此為各位讀者獻上拙作《3小時讀通無機化學》。本書為前作《3小時讀通有機化學》的姐妹作，由於前作備受好評，因此我才繼續推出無機化學的主題，以補前作之不足。

　　讀者只要順著本書漫畫閱讀下去，就能讀通無機化學。這些漫畫很有趣，使無機化學的知識也變得有趣，至少跟一般高中生因為被警告：「沒搞懂這些可上不了大學！」而勉強去唸的無機化學一定不一樣。請以閱讀報章雜誌專欄漫畫的方式，輕鬆地翻閱本書。本書以左右兩頁為一章節，因此請先閱讀左頁。左頁的內容簡短，還分成細項，每一段落僅有數行，我想沒有其他文章會比這更容易閱讀。不過，這些內容都是化學的精髓，只要讀完，你即可具備完備的基礎知識。

　　請閱讀完左頁內容，再看右頁的漫畫。右頁漫畫是左頁內容的圖解說明，還有可幫助讀者理解的小提示，可使讀者在閱讀過程中，解開許多疑惑。搭配左右頁讀到最後，你對無機化學的認識即是無人能及，你將學到足以向人誇耀的豐富知識。擁有如此豐富的知識，你便較有能力輕鬆解決無機化學的問題。我希望讀者閱讀本書的同時，能毫不費力地學到無機化學的基礎知識與最新資訊。我相信讀者一定會很開心地想：「能讀到這麼一本好書。」

　　大家都說「無機化學要靠死背」，所以要背元素符號、離子化傾向⋯⋯大家似乎都認為「不背好這些，就永遠搞不懂無機化學」。其實才不是這樣呢，化學不需要死背。當然，任何一門學科都要從了解基本專有名詞開始，所以你必須記住一些專有名詞，不過那只相當於數學的1234、英文的abc，或是中文的ㄅㄆㄇ，不會有人因此斷定「數學要靠死背」吧。無機化學也是一樣。元素符號雖屬必要，但只要記住氫H、碳C、氧O、氮N、氯Cl、鈉Na等大約十個的元素符號即可。其他元素符號你只需在必要時查閱週期表，不需費力背下來。

　　無機化學不只與氣體、寶石、生物有關，甚至連核能反應爐都與無機化學有關，範圍相當廣泛。探索無機化學所蘊藏的樂趣就像打開玩具箱，讓人雀躍不已。無機化學不適合一板一眼的理論家。無機化學專家必需有「童心未泯」與「勇於求知」的心，而非理論與知識。無機化學專家不斷對世界發出充滿感性的心靈呼喚：「我想去探索未知之境，我想去探索自己從未見過的世界。」

　　讀書應該是件有趣的事，至少不應該讓人厭煩，但是大多數的人都不喜歡讀書，這是為什麼呢？我認為或許是因為現代的教育制度有所缺陷，或是因為教科書、參考書編寫得不夠用心。我有個小小的野心，那就是盼望本書能成為突破現況的契機。如果本書能讓讀者體會到無機化學的樂趣，而且想再閱讀一本無機化學的書籍，我將會非常開心。

　　最後，我要向SB Creative株式會社的中右文德先生致謝，感謝他為出版本書付出許多的心力。另外，我也要謝謝保田正和先生為本書繪圖。