元素

週期表、原子序、鹼金屬、鹼土金屬、鹵素、惰性氣體、主族元素、過渡元素、放射元素、生物物質

鈉（Sodium）

2009/11/17
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鈉（Sodium）
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

在19世紀初伏打（Volta A. G. 1745~1827）發明了電池後，各國化學家紛紛利用電池分解水並獲得了成功。英國化學家戴維（Davy H. 1778~1829）利用電池分解各種物質的實驗研究。他希望利用電池將苛性鉀分解為氧氣和一種未知的”基”。因為當時化學家們認為苛性鹼也是氧化物。他先用苛性鉀的飽和溶液實驗，所得的結果卻和電解水一樣，只得到氫氣和氧氣。後來他改變實驗方法電解熔融的苛性鉀時，發現在陰極上出現了具有金屬光澤的、類似水銀的小珠，其中一些小珠立即燃燒並發生爆炸形成光亮的火焰，而另一些小珠不燃燒只是表面變暗，覆蓋著一層白膜。他把這種小小的金屬顆粒投入水中立即起火焰，在水面急速奔躍並發出響聲。就這樣，戴維在1807年發現了金屬鉀。幾天之後，他又從電解苛性鈉中獲得了金屬鈉。戴維將鉀和鈉分別命名為”Potassium”和”Sodium”，因為鉀是從草木灰（Potash）、鈉是從天然鹼－蘇打（Soda）中得到的。鈉的元素符號Na來自其拉丁文”Natrium”。鈉離子可溶在水中，地球的海水中含有的主要鹽類即為氯化鈉。鈉有極強的黃色焰色，其中最有名的是鈉蒸氣D線（鈉雙黃線589.6；589.0nm）

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鎘（Cadmium）

2009/09/14
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鎘（Cadmium）
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

鎘的元素符號是Cd，原子序48，鎘是一種柔軟、可塑性高有毒的藍白色金屬。許多特性與鋅類似，但可形成更多複雜的化合物。最常見的價數是+2價，但也有極少數+1價被發現，主要產於閃鋅礦中。鎘主要用於電池及塑料製品的顏料，已知鎘會導致癌症。

鎘在地殼中的含量比同族元素鋅、汞要少，且少有鎘的專門礦物，一般都是附雜在鋅礦中。鎘是鋅金屬中常見的雜質，常是鋅生產過程被分離出來的副產品。在鋅的冶煉過程中，鋅礦石先轉變成氧化物，再以碳還原。而鎘是在鋅還原產物中以低壓蒸餾法，自熔融態鋅中分離（鎘的沸點765℃）。或者使用電化學還原法生產鋅時，在硫酸中電解硫酸鋅時，鎘離子會形成硫酸鎘沉澱而分離。

鎘和鋅一樣是常見的電鍍材料，因鎘的活性比鋅更差，因此鍍鎘比鍍鋅更耐腐蝕，特別耐鹼的腐蝕。而在原子爐中，因鎘吸收中子的效率高，是製造原子反應爐控制棒的材料。

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鋅及ⅡB族元素的通性 （Zinc and ⅡB Group Elements）

2009/09/14
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鋅及ⅡB族元素的通性 （Zinc and ⅡB Group Elements）
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

鋅、鎘、汞為鋅族元素，又稱ⅡB族元素。鋅族元素原子的價電子組態為 （n-1）d10ns2，最外層電子與鹼土族相同，只有2個s電子，但鹼土族原子次外層具有8個電子 （Be只有2個），而鋅族元素原子的次外層則有18個電子，所以ⅡB族與ⅡA族最外層電子數雖然相同，但因d軌域對原子核的遮蔽效應比s、p軌域電子小得多，因此鋅族元素的有效核電荷較大，對最外層s電子的吸引力比鹼土金屬強，與同周期的鹼土金屬相比，原子半徑和離子半徑都較小，活性較低。又因為鋅族元素d軌域已填滿，一般形成+2價氧化數，只有汞具有+1價的亞汞離子Hg22+。

鋅族金屬的特點主要表現為低熔點和低沸點。其熔點、沸點不僅低於鹼土金屬，還低於銅族金屬。並按Zn→Cd→Hg的順序下降。汞是金屬中熔點最低的元素，而且是室溫下唯一的液態金屬，有流動性。鋅族金屬為低熔點金屬（熔點Zn: 419℃，Cd: 321℃，Hg: -39℃）。

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鉻（Chromium）

2009/09/14
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鉻（Chromium）
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

1797年法國化學家沃克蘭（Vauquelin L. N.）在研究西伯利亞紅鉛礦時發現了鉻。當時沃克蘭在富爾克魯瓦（Fourcroy A. F.）的實驗室工作，他把西伯利亞紅鉛礦石與碳酸鉀一起煮，得到意料之中的碳酸鉛沉澱和一種性質不明的鮮黃色溶液。將該黃色溶液中加入高汞鹽溶液，出現了紅色溶液；加入鉛鹽溶液，出現了黃色沉澱物；加入氯化亞錫，溶液又變為綠色。這於這種新元素能夠形成各種顏色不同的化合物，所以命名為”Chromium”，希臘文原意為”色彩艷麗”，中文譯名為鉻，元素符號Cr。

鉻是銀白色有金屬光澤的金屬，最重要的鉻礦是鉻鐵礦Fe(CrO2)2。鉻的製備方法有：
鋁熱法：用鋁還原Cr2O3製備鉻：Cr2O3 + 2Al → 2Cr + Al2O3
電解法：電解鉻鹽溶液（如CrCl3）製備鉻。

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鈷

2009/09/14
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鈷 (Cobalt)
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

鈷是一種堅硬、具光澤，呈銀灰色的金屬，密度為8.9g/cm3，元素符號為Co，原子序27。雖然人類很早以前便採用鈷基（鈷藍）顏料於首飾、顏料上；希臘、羅馬、埃及及中國很早就有利用鈷的化合物著色的證據。但古人並不知道其化學成分為何，直至1735年，鈷元素單質才被瑞士化學家Georg Brandt自鈷礦物中還原而得。鈷的名稱主要來自於它的礦石，輝鈷礦CoAsS，此藍色礦石可使玻璃染上藍色，當時人們稱它為”Kobalt”，德文的意思是”惡鬼”，英文Cobalt由德文Kobalt而來。鈷富集於多種金屬礦中，如砷化物、硫化物、氧化物，但主要來源是來自於銅、鎳礦生產的附產品，全世界鈷礦主要產於非洲剛果（Congo）桑比亞（Zambia）。

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碘

2009/09/14
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碘 (Iodine)
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

1. 碘的發現簡史：

法國人庫瓦特 (Courtois B. ,1777-1838) 在1811年用濃硫酸處理海藻灰母液時，製得了單質碘。庫瓦特出生於法國，他的父親是一家硝石工廠的廠主，庫瓦特一面在硝石廠工作，一面在第戎學院學習，與化學結下了不解之緣。在第戎附近的諾曼第海岸有許多淺灘，海生植物受潮水衝擊漂浮到淺灘上，在退潮時，庫瓦特就去那裡採集藻類植物。他把它們燒成灰，用水浸取就得到一種溶液，蒸發那些溶液就可以得到Na2CO3、NaCl、KCl和硫酸鹽等。

1811年的一天，庫瓦特加入了過多的硫酸處理海藻灰時，有紫色的蒸氣組成美麗的雲朵冉冉上升，並伴有類似氯氣的氣味。這些蒸氣在冷的物體上凝結後並不生成液體，而是成為一種暗黑色的有光澤的晶體。庫瓦特猜想這種物質可能是一種新元素。由於庫瓦特的實驗室中缺乏必要的儀器和藥品，加上他的經濟不富裕，所以他無法證實這種新物質是一種新元素。於是他只好請化學家德索爾姆 (Charles Bernard Desormes) 和克雷門 (Nicolas Clement) 繼續這一研究，並允許他們向科學界宣佈這種新元素的發現經過。1813年，戴維 (Davy) 用直流電將碳絲燒成紅熱，使它與這種新物質的結晶接觸並不能把它分解，從而證明了這種新物質是一種新元素單質。這種新元素被命名為”Iodine”，希臘文原意是「紫色」，中文譯名為碘，元素符號為I。

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鈦（Titanium）

2009/09/14
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鈦（Titanium）
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

鈦是英國業餘地質學家格雷哥爾（William Gregor）在1791年研究鈦鐵礦和金紅石時發現的；之後德國化學家克拉普羅斯（Martin Heinrich Klaproth）在分析金紅石時也發現了這種元素（其氧化物）。他引用希臘神話中眾神的稱呼”Titans”，將此新元素命名為Titanium，中文翻譯為鈦，元素符號Ti。

但格雷哥爾和克拉普羅斯當時所發現的鈦是粉末狀的二氧化鈦，而不是金屬鈦。因為鈦的氧化物相當穩定，且金屬鈦在高溫時才能與氧、氮、氫、碳等元素起激烈反應，因此純鈦很難製備，直至1910年才由美國化學家亨特（Matthew A. Hunter）第一次製得高純度的金屬鈦。

鈦的製備
由於鈦在高溫下化合能力極強，可與氧、碳、氮以及其他多種元素化合，因此鈦的最大缺點是難以提煉。現在製備金屬鈦常用的方法是在800℃（1070K）左右，由氬氣氛中，用熔融的金屬鎂還原四氯化鈦蒸氣的克洛耳製程（Kroll process），除了用鎂作還原劑外，還可以使用金屬鈉為還原劑。
以四氯化鈦製備金屬鈦的反應方程式如下：
TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2；
TiCl4 + 4Na → Ti + 4NaCl。

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單質砷

2009/09/14
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單質砷 (Arsenic)
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

砷在地殼中的含量是5×10-6，它是親硫元素，在自然界中主要以硫化物礦形式存在。例如雌黃As2S3、雄黃As2S2、砷硫鐵礦FeAsS，砷硫銅礦Cu3AsS4等。

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汞（Mercury）

2009/09/14
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汞（Mercury）
高雄市立女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

汞亦稱為水銀，元素符號Hg，原子序80，是一密度大、銀色的金屬，在常溫常壓下為液態（常溫、常壓下有機會為液態的還有Cs，Fr，Ga，Rb，Br2；但在STP下為液態的只有汞和溴）。汞用於溫度計、氣壓計、壓力表、血壓計、浮球閥和其他科學儀器。但由於汞具毒性，故部分溫度計已被酒精溫度計取代。但在其他科學研究及牙科、醫藥上，汞齊、汞化合物仍有其用途。汞在自然界主要以硫化汞形式存在。元素態汞及硫化汞因不溶於水而毒性不強，但可溶的化合物如氯化汞及甲基汞，毒性則相當強。

發現史：
汞是常溫下唯一液態的金屬，人類在古代就發現了汞，它的使用歷史在金屬中僅次於金、銀、銅、錫、鐵和鉛。汞的希臘文原意是”液態的銀”。古羅馬人將汞稱為Hydrargyrum，拉丁名稱是由Hydra（水）和argyrum（銀）組成，元素符號為Hg，英文名稱為Mercury。

汞是地殼中含量相當稀少的元素，質量比約佔0.08ppm。但汞礦中含汞的百分比可高達2.5%，少的也有0.1%。汞礦（硫化汞，辰砂，cinnabar）通當發生在年輕的造山帶岩層、較高密度的岩層與地殼受壓之處，也會與雄黃和黃鐵礦一起形成於火山噴道及溫泉周圍。把硫化汞置於空氣中加熱，就可以得到汞，汞具有相當大的密度、特殊的流動狀態，它還能夠溶解金、銀、銅、錫、鉛等多種金屬，形成柔軟的合金：汞齊。

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