原子、分子傻傻分不清楚？別怕！這篇是專為國二理化設計的微觀世界懶人包。

如果你覺得「理化」很難，通常是因為我們看不見它。固體、液體、氣體我們看得到，但要想像它們是由無數顆小球組成的，真的需要一點想像力。這篇文章將利用最直觀的「樂高積木」比喻，幫你搭建起微觀世界的框架。無論是考試還是寫作業，這套邏輯都能讓你無往不利！

讀完這篇文章，你將能夠：

• 秒懂差異：清楚分辨原子、分子、元素與化合物。

• 破解陷阱：知道化學式中 O₂和 2O 到底哪裡不一樣。

• 微觀視角：從分子的角度重新理解「物理變化」與「化學變化」。

 

一、萬物的基礎：什麼是原子 (Atom)？

如果把世界上的物質不斷切分，切到最後不能再用普通化學方法分割的最小單位，就是「原子」。

想像原子就是一顆顆的「樂高積木」。

樂高積木有紅的、藍的、長條的、方形的，每一種顏色形狀代表一種原子（例如：碳原子、氧原子）。在化學反應中，這些積木不會消失，也不會憑空變出來，它們只是被「拆開」然後「重新組裝」成新的形狀。這就是著名的道耳頓原子說的核心概念。

 

原子的內部構造：積木裡還有東西？

雖然我們說原子是積木，但科學家後來發現，這顆積木並不是實心的！它內部還有更小的零件：

• 原子核 (Atomic Nucleus)：位於中心，體積極小但重量超重。由帶正電的「質子」和不帶電的「中子」擠在一起組成。
• 電子 (Electron)：帶負電，在原子核外面飛快地繞圈圈，體積很大但重量輕到可以忽略。

 

考試重點記憶法：

• 原子的大小：看外面跑的電子範圍。
• 原子的重量：看中間的原子核（質子+中子）。

 

 

原子的三種基本粒子

一開始先發現了電子，它們只散佈在這些積木的表面上，積木有多大顆，電子移動的範圍就越大。而且這些電子身上帶著負電，也幫助我們觀察到它。

再來發現了積木的中間，有一個很小且質量很大的區域，他就是我們知道的”原子核”。原子核中觀察到了帶正電的粒子，科學家們把它稱作質子。後來才又發現，原來原子核不是只有質子，還有一種不帶電且跟質子一樣重的粒子存在，名為中子。

有趣的是，小小的原子核中雖然包含了質子跟中子，但是它們佔了幾乎整顆原子的重量。

整體來說，一個積木(原子)的大小，取決於它的外圍表面上有多少電子、電子移動的範圍有多大；而一個積木(原子)的重量，取決於它的中心有多少質子跟中子。

將整個足球場視為一個原子，你會看到電子在最外圍跑，而足球場的中央有顆雞蛋大小的原子核，裡面裝了質子跟中子，但是它卻代表了整個原子的重量。

在這裡我們為了方便同學於後續理解，將積木的外層看作是電子的分佈區域；積木上方的圓凸點視為質子；積木的裡面則是中子，要翻過來我們才能看到。

這裡我們舉例一個積木鈹原子Be，它有四個電子、四個質子、以及五個中子。

 

同位素

科學家在慢慢挖掘各式各樣的積木原子時，發現了有些積木的表面看起來是一樣的(質子數、電子數相同)，但是重量卻不同! 仔細確認後才知道，原來是內部的中子數量不一樣! 我們把這種，僅只有中子數不同，質子數、電子數相同的原子積木，稱為同位素。

就以積木鈹原子Be來說，曾被發現過的其中一種同位素，只有3個中子。

這些同位素積木除了中子數量不同(因此重量也不同)，他們的化學性質跟原本的原子一樣。

 

以下幾個原子的資訊要記得：

• 原子的質子數與電子數一樣多 (質子數 = 電子數)，因此是電中性的。

• 原子的重量為質子+中子 (質量數 = 質子數+中子數)。

• 表面的電子可以自由移動(拿到別人的或是給別人)，當質子數與電子數不同時，此時稱此積木為 “離子”。如果電子比質子少，就是正離子；如果電子比質子多，就是負離子。

 

元素週期表

在發現這些形形色色的積木原子後，從門德列夫開始，經過科學家們陸續的努力，以原子中的質子數量進行排序，並且考量了他們的化學性質後，完成了如今我們所看到的元素週期表。前面所介紹的鈹原子，因為具有4個質子，原子序為4，所以在元素週期表上的第4個位置。

圖片出處: 桌遊設計融入化學課程–以元素週期表概念為例

週期表的元素依原子序由小到大，由左至右，由上而下排列，每一縱行稱為族，共分為1∼18族，週期表左側及中間是金屬元素，同族的元素通常具有相似的化學性質。每一橫列稱為週期，共有七個週期，每一週期的元素，性質由左而右呈現出規律性的變化。

例如，在週期表最左側的1A族、又稱為鹼金族，質地柔軟且有很高的活性，喜歡跟水或氧氣反應結合，所以通常會被保存在能與空氣隔絕的油當中。而在週期表最右側的18族、又被稱為惰性氣體，他們則喜歡自己一個人待著。

冷知識：你會觀察到元素週期表上的原子重量有小數點，其原因是同位素的存在，所以重量會以自然界分布的比例進行加權計算。

 

二、為什麼需要「分子」？原子不能自己存在嗎？

這是國中生最常卡關的地方：「既然有了原子，為什麼還要發明分子？」

因為大部份的原子都很怕孤單（不穩定）！

除了少數像「氦氣、氖氣」這種獨行俠（惰性氣體）可以自己一顆原子悠哉飄浮外，絕大多數的原子（如氧、氫）單獨存在時非常不穩定。它們必須找伴侶「牽手」，兩兩結伴或成群結隊，才能穩定地存在於自然界中。

這種「原子牽手後組成的穩定小團體」，不僅能獨立存在，還能表現出該物質特性的單位，我們就稱為「分子」。

 

【超級比一比】原子 vs 分子

這張表請務必存下來，考試判斷題最愛考這裡：

 

原子、分子比較表

 

三、從微觀看世界：物理變化 vs 化學變化

學會原子與分子後，我們終於可以解開「物質變化」的真相了。這也是會考常見的觀念題！

 

1. 物理變化 = 分子距離改變（積木沒拆開）

例子：水結成冰、水煮沸變成水蒸氣。

微觀解釋：水分子(H2O)本身沒有被破壞。只是分子和分子之間的距離變近或變遠了。就像一群人本來手牽手（固體），後來散開各自跑（氣體），但每個人（分子）還是原本的自己。

 

2. 化學變化 = 原子重新排列（積木拆掉重組）

例子：氫氣燃燒變成水、鐵生鏽。

微觀解釋：原本的分子被打碎了！原子們互相交換舞伴，組成了全新的分子。例如氫氣($H_2$)和氧氣( O₂)拆開，重新組合成水分子(H2O)。這產生了全新的物質。

 

四、如何幫物質分類？物質的家族分類：純物質與混合物

有了積木（原子）和成品（分子）的概念，我們就能幫世界上的物質分類了。請依照下圖的邏輯來記憶：

物質 (Matter)：佔有空間、具有質量的東西。

 

純物質 (Pure Substance)：只有「一種」成分，性質固定（如沸點固定）。 

• 元素 (Element)：只由「同一種原子」組成的團隊，例如：氧氣 ( O₂)、金 ($Au$)、氦氣 ($He$)。雖然氧氣是兩個原子，但都是氧，所以是元素。 
• 化合物 (Compound)：由「不同種原子」依固定比例組成的團隊。例如：水 (H2O) 永遠是2個氫配1個氧。二氧化碳 ($CO_2$) 永遠是1個碳配2個氧。 

 

混合物 (Mixture)：由兩種以上的純物質混在一起，比例不固定。 

• 例如：糖水 (糖+水)、空氣 (氮氣+氧氣+其他)、合金，混合物沒有固定的沸點。 

 

以上的元素跟化合物，皆屬於我們所知道的純物質。而混合物則是由兩種以上的純物質混合而成的，其成分比例不固定。例如食鹽水，其為水(H2O)跟食鹽(NaCl)的混合。

 

五、怎麼看懂化學式？

那麼化合物的比例應該如何表達呢? 科學家們約定了統一的傳達方式 — 化學式。

以水分子為例，一個水分子包含兩個氫原子與一個氧原子，原子個數以下標的方式呈現；如果原子數量只有1個，可以省略1。若想要表示水分子的個數，如三個水分子，則標示在分子的前面。

我們再來練習以下的葡萄糖分子化學式的解讀：這裡有五個葡萄糖分子，每個分子是由六個碳原子、十二個氫原子，以及六個氧原子所組成的。

那麼我們再進一步想想，如果想要組合出這五個葡萄糖分子，我們應該準備多少種積木，各幾個呢? 沒錯，我們總共會需要三種積木，分別為碳(C)、氫(H)、氧(O)。其中，碳積木需要56=30 個；同理氫積木需要60個、氧積木需要30個。

當原子以不同的比例組合成化合物後，這些化合物可能會有完全不一樣的狀態，可能有各種的顏色、三態變化、甚至不同的氣味，也因此造就了這麼多樣的世界。

在此僅簡易的介紹了原子、分子、化合物的概念，還有很多概念跟介紹，會再慢慢地分享唷！

 

重點總結：

●名詞整理：

 

●  重點回顧： 

1. 原子是化學反應的最小單位。在進行反應時只會重新排列組合，不會無中生有。

2. 同位素是中子數不同的同一元素原子。

3. 化合物的比例與個數透過化學式表達。比例以下標呈現，個數寫在最前面。

 

六、破解化學式陷阱：數字寫前面跟後面差在哪？

這是理化考試最容易扣分的地方！請一定要搞清楚「係數」和「下標」的意義。

以氧原子為例，我們來看看 O、 O₂、2O、2O₂ 分別代表什麼：

結論：小的數字（下標）代表這組積木用掉幾顆原子；大的數字（係數）代表有幾組這樣的積木。

 

國中理化學習常見問題 (FAQ)

Q1：空氣是化合物還是混合物？

空氣是混合物。因為它是由氮氣、氧氣、氬氣等多種氣體混合而成，且比例不是完全固定的（例如山上氧氣較稀薄）。

 

Q2：只有一顆原子算分子嗎？（例如氦氣 He）

在國中階段的定義中，通常這稱為「單原子氣體」或直接視為元素原子。嚴格來說，分子通常指兩個以上原子結合，但因為惰性氣體（如氦 He、氖 Ne）一顆原子就能表現出氣體性質，有時也會被視為「單原子分子」，這點在考試時需看題目上下文，但最保險的說法是它們是「以單原子形式存在的元素」。

 

Q3：O3（臭氧）和 O₂（氧氣）是同一種東西嗎？

不是！雖然它們都是由「氧原子」組成，但因為組合數量不同（3個 vs 2個），結構不同，所以是完全不同的兩種物質，性質也不同（一個能呼吸，一個有毒）。它們互為「同素異形體」。

 

Q4：只有一個原子也可以算是分子嗎？

不算，分子必須由兩個或以上原子組成。單原子(如 He) 是元素的一種，但不是分子。

 

Q5：元素和化合物都是純物質，到底差在哪？

元素由一種原子組成；化合物則由兩種(含)以上的原子組成，且比例固定。

 

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