Structure & Bonding_試題分析 2

DSE/Sample Paper/1B/7

Complete the table below by

(a) drawing a three-dimensional diagram for the structure of each solid substance (3 marks), and

(b) giving an explanation of whether the solid substance is an electrical conductor. (3 marks)

Solid substance	Three-dimensional diagram for the structure of the solid substance	Explanation of whether the solid substance is an electrical conductor
Diamond
Graphite
Caesium chloride

考評局的DSE Sample paper問題較簡單直接，但介紹這題的目的想一次提醒大家要識畫鑽石、石墨及二氧化矽的巨型共價結構之餘，亦希望大家留意DSE只會考的兩種ionic compounds︰Sodium chloride & Cesium chloride(氯化銫)的巨型離子結構不一樣。

Structure & Bonding_試題分析

此課題目繁多、不時在公開試出現。在此挑選一些較特別的題目講解，順道就上次課題繼續伸延。(時間關係，長題目下次這兩天再補加)

DSE/13/1A/1

Silicon is an element in Group IV of the Periodic Table. The oxide of silicon has the chemical formula SiO₂. Which of the following statements about silicon and its oxide is correct?

A.          Silicon is a good conductor of heat.

B.          Silicon exists as simple molecules.

C.          SiO₂ is a hard material at room temperature.

D.         SiO₂ dissolves in water to give an acidic solution.

除了上次提及的鑽石、石墨及二氧化矽外，硼(Boron)及矽(Silicon)亦具有巨型共價結構，不過在考試中無須畫出此兩種元素的結構。矽的結構內全是由共價鍵組合出來、沒有任何簡單分子，它的傳熱能力和離子化合物及簡單分子一樣麻麻 (事實上傳熱能力好的都是金屬和石墨)。所以A及B都錯。

簡單分子結構及其特性

上文講到以共價鍵連接原子而組成巨型結構的物質都有很強的硬度及「溶點」，但具有共價鍵的物質就不一定夠強。大部分非金屬元素組成的物質(下稱非金屬物質)如二氧化碳  (CO₂)和水  (H₂O)以及剛才提及的乙烯  (Ethene)及2-丁烯  (but-2-ene)的溶點及硬度都很低。原子透過分子內的共價鍵已經變得穩定，所以分子之間不會出現共價鍵而只是微弱的范德華力、形成以下的簡單分子結構︰

共價鍵及巨型共價結構

上回提到不同原子有不同方法達至octet structure︰金屬原子會和其最外層電子分開而變成陽離子(Cation, Positively-charged ion)及Delocalized electron，後者會在前者組成的金屬晶體游走。如金屬原子再加上非金屬原子就會組成離子鍵︰金屬原子同樣會放出電子而變成陽離子，但今回放出來的電子就被非金屬原子搶去、合體做陰離子(anion, negatively-charged ion)。陰陽離子再合體就成為離子化合物。

但如果一開始只有非金屬原子，就不能像離子化合物的非金屬原子一樣有金屬原子提供電子。這些非金屬原子要達到Octet structure最方便的方式就是兩粒原子互相分享電子(share electrons)。而兩粒原子所分享的電子數量是AA制，如果兩粒原子擁有相同的最外層電子的話它們只要各分享相同的電子就可穩定下來(如H₂, Cl₂, N₂, Cl-F)。但如果兩粒原子擁有不同的最外層電子就須視乎最外層電子較少的原子還需多少額外電子，再除另一款原子需要的電子數量去找出其Chemical formula。例如由碳和氧要組成化合物，碳(最外層電子較少)需要4粒電子，氧(最外層電子較多)需要2粒電子，所以碳需要(4/2=)2粒氧才會穩定。故此由碳和氧會組合出二氧化碳CO₂。

最後一分鐘_金屬及離子化合物在物理性質上的分別

金屬及離子化合物分別組成巨型金屬結構及巨型離子結構，造成不同的物理性質。

由於兩者都有很強的化學鍵，他們的溶點、沸點、密度及硬度都很高。但離子化合物十分易碎 (Brittle)。這是由於離子層移位後就會和另一層互相排斥、最終碎裂︰

最後一分鐘系列_離子鍵 Ionic bond

和Giant metallic structure稍為相似的是巨型離子結構(Giant ionic structure)。礦物、大部分寶石、碳酸物及氧化物都擁有此結構。

單看原材料亦非常容易分得清楚︰離子結構就是來自金屬原子的陽離子(Cation，帶正極)和來自非金屬原子的陰離子(anion，帶負極)相互結合而成。既然金屬原子會放出電子，未穩定的非金屬原子(Group V / VI / VII)就可以冷手執個熱煎堆、把電子據為己有令自己變成Octet structure而穩定下來。

最後一分鐘系列之Structures & Bonding (1)

未來幾篇文會同大家一齊迎接Form Test來臨。今日先講structure & bonding。

根據Octet Rule，原子要穩定下來就要像貴氣體(Noble gas)一樣擁有8粒最外層電子(這結構又稱為Octet Structure) (註：氫Hydrogen及鋰Lithium除外，它們要和氦Helium一樣有2粒最外層電子才穩定、這稱為Dulpet Rule)。但原子上的電子並不能呼之則來、揮之則去，所以原子和原子之間會產生化學鍵以改變最外層電子的數量。這包括金屬鍵、離子鍵及共價鍵。而這些鍵都是靜電吸引力(Electronstatic force, 其實即係正負極粒子的吸引力)，引力會隨粒子電荷的增加及粒子尺寸的減少而增大。