3-1 物質的組成
3.1.1 原子的組成與排列
所有的物質都是由原子組成的。原子是物質的基本單位，由原子核和電子構成。
不同的原子種類（元素）和它們的排列方式決定了物質的性質。例如：
- 鑽石和石墨都是由碳原子組成，但因為原子排列方式不同，鑽石堅硬透明，而石墨柔軟導電。
- 鹽（氯化鈉）由鈉和氯兩種原子組成，形成離子晶格結構，具有高熔點和易溶於水的特性。
問題 1：
為什麼鑽石和石墨的性質差異這麼大，儘管它們都是由碳原子組成的？
解題策略：
思考原子排列對物質性質的影響，尤其是在同種元素組成的物質中。
3.1.2 原子的大小
原子的尺寸非常小，通常使用以下單位來表示：
- 埃（Å）：1 Å = 1 × 10-10 公尺，約為原子的大小。
- 奈米（nm）：1 nm = 1 × 10-9 公尺，1 nm = 10 Å。
- 飛米（fm）：1 fm = 1 × 10-15 公尺，約為原子核的大小。
例如，氫原子的半徑約為 0.5 Å，而原子核的半徑僅約為 1 fm，可見電子雲佔據了大部分的空間。
問題 2：
1 奈米等於多少埃（Å）？原子核的大小約為多少飛米（fm）？
解題策略：
回憶單位換算，並記住原子和原子核的典型尺寸。
3.1.3 物質三態的原子觀點
物質的三態（固態、液態、氣態）可以從原子或分子的排列方式來理解：
固態
原子或分子緊密排列，具有固定的形狀和體積。
液態
原子或分子排列較鬆散，能夠流動，具有固定體積但無固定形狀。
氣態
原子或分子間距較大，無固定形狀和體積，可壓縮性高。
三相圖（P-T 圖）
三相圖展示了物質在不同溫度和壓力下的狀態變化：
- 壓力增加通常會提高物質的凝固點和沸點。
- 例外情況：對於水、銻、鉍、生鐵等，壓力增加會降低凝固點。
- 三相點：固、液、氣三相共存的特定溫度和壓力點。
問題 3：
壓力增加時，水的凝固點會如何變化？為什麼？
解題策略：
考慮水在固態和液態時的體積差異，以及壓力對體積的影響。
3.1.4 以原子觀點解釋巨觀現象
許多宏觀現象可以從原子或分子的行為來理解：
聲波
聲音是由物體振動引起的空氣分子疏密波動，這種波動以聲波的形式傳播。
熱
熱是原子或分子的隨機運動能量，加熱使粒子運動加劇，表現為溫度上升。
電流
電流是導體中自由電子在電場作用下的定向移動。
光
光是電子在原子能階之間躍遷時，吸收或放出光子所產生的。
問題 4：
以原子觀點解釋，為什麼溫度升高時，物體的體積通常會膨脹？
解題策略：
思考溫度對粒子運動和間距的影響。
問題 5：
電子在原子能階之間躍遷時，會發生什麼現象？
解題策略：
回憶電子躍遷與光子的關係。