📊 Batch 3：週期表結構、Group I 鹼金屬與 Group II 鹼土金屬
第 1：6.1 週期表的結構（Periodic Table Structure）
📊 週期表的兩大維度
週期表是化學最重要的工具，按兩條規則排列元素：
- 橫列（Period 週期）：原子序 Z 由左到右遞增；同一週期的元素有相同的電子殼層數
- 直行（Group 族）：同一族的元素有相同的最外殼電子數，化學性質相似
📌 識別規則：
- 週期數 = 電子殼層數
- 族數 = 最外殼電子數（Group 0 除外）
💡 範例：
Cl 的電子排佈 2,8,7 → Period 3（3 殼）、Group VII（最外殼 7 電子）
⚙️ 三類元素
| 類型 | 位置 | 特性 |
|---|
| 金屬 Metals | 左側、Group I/II | 導電、導熱、有光澤、可延展 |
| 非金屬 Non-metals | 右側、Group V/VI/VII/0 | 不導電、常溫下氣體或脆固體 |
| 類金屬 Metalloids | 中間交界 | 性質介於兩者之間（如 B、Si、Ge） |
📌 過渡金屬（Transition Metals）：Group II 和 Group III 之間的 10 列金屬（第四週期起），如 Fe、Cu、Zn。
🌡️ 元素狀態（室溫常壓）
前 36 元素中，大多數是固體，Br₂ 和 Hg 是液體，H₂、N₂、O₂、F₂、Cl、稀有氣體是氣體。
💡 口訣：「左金右非中類金，過渡夾在 II、III 中」
第 2：6.2 電子排佈與週期表的關係
🔗 電子排佈的兩條規則
- 橫向（Across a Period）：每往右一個元素，最外殼電子數 +1
- 縱向（Down a Group）：每往下一個元素，多一個電子殼層
Period n = 殼層數 n；Group g = 最外殼電子數 g
📋 電子排佈與週期表位置速查
| Z | 元素 | 電子排佈 | Period | Group |
|---|
| 11 | Na | 2,8,1 | 3 | I |
| 12 | Mg | 2,8,2 | 3 | II |
| 15 | P | 2,8,5 | 3 | V |
| 16 | S | 2,8,6 | 3 | VI |
| 17 | Cl | 2,8,7 | 3 | VII |
| 18 | Ar | 2,8,8 | 3 | 0 |
| 19 | K | 2,8,8,1 | 4 | I |
| 20 | Ca | 2,8,8,2 | 4 | II |
📌 化學性質的決定因素：同族元素化學性質相似，因為最外殼電子數相同。這些最外殼電子又叫價電子（Valence Electrons），是化學反應的主角。
第 3：6.3 同一週期的性質趨勢
🌡️ 熔點趨勢（Period 2 & 3）
| Period 2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne |
|---|
| 熔點 °C | 180 | 1280 | 2076 | 3500 | -210 | -218 | -220 | -249 |
| Period 3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar |
|---|
| 熔點 °C | 98 | 650 | 660 | 1410 | 44 | 113 | -101 | -189 |
📌 趨勢：同一週期內，熔點先升（Li→C、Na→Si）後降（C、N、O、F、Ne），原因是從金屬（巨型結構）過渡到非金屬（簡單分子），最後到稀有氣體（單原子）。
💡 口訣：「金屬巨型結構高熔點、非金屬小分子低熔點」
第 4：6.4 Group I — 鹼金屬（Alkali Metals）
🧪 認識鹼金屬
Group I = 鹼金屬，包括：Li（鋰）、Na（鈉）、K（鉀）、Rb（銣）、Cs（銫）、Fr（鍅）
📌 共同特徵：
- 最外殼只有 1 個電子（價電子）
- 與水反應生成鹼（alkali），故名「鹼金屬」
- 密度低、熔點低、質軟（可用刀切）
- 需儲存在石蠟油中（避免與空氣、水反應）
🔥 化學反應總整理
| 反應 | 方程式 | 產物 |
|---|
| 與氧氣 | 4Li + O₂ → 2Li₂O | 氧化物（金屬氧化物） |
| 與水 | 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ | 氫氧化物（鹼）+ 氫氣 |
| 與氯氣 | 2K + Cl₂ → 2KCl | 氯化物（鹽） |
📈 Group I 反應性趨勢（由上而下）
越往下 → 反應性越強
- Li：與水緩慢冒泡
- Na：與水快速冒泡、放熱、熔成銀珠
- K：與水劇烈反應、氫氣燃燒（紫紅色火焰）
- Rb / Cs：爆炸性反應
💡 為什麼？
越往下，最外殼電子離原子核越遠，吸引力越弱，越容易失去電子 → 反應性越強。
💡 口訣：「Group I 反應性，由上到下越來越強」
第 5：6.5 Group II — 鹼土金屬（Alkaline Earth Metals）
🧪 認識鹼土金屬
Group II = 鹼土金屬：Be（鈹）、Mg（鎂）、Ca（鈣）、Sr（鍶）、Ba（鋇）、Ra（鐳）
📌 共同特徵：
- 最外殼 2 個電子（價電子）
- 與水反應生成鹼，但比 Group I 溫和
- 比 Group I 硬、密度大、熔點高
- 與水反應生成的氫氧化物溶解度較低
🔥 化學反應
| 反應 | 方程式 |
|---|
| 與氧氣 | 2Mg + O₂ → 2MgO |
| 與稀鹽酸 | Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ |
| 與冷水（Mg 緩慢 / Ca 較快） | Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂ |
| 與氯氣 | Mg + Cl₂ → MgCl₂ |
📈 Group II 反應性趨勢
越往下 → 反應性越強（但都比 Group I 弱）
- Be：常溫下不與水反應
- Mg：與冷水極緩慢 / 與熱水反應
- Ca：與冷水反應明顯
- Sr / Ba：劇烈反應
💡 口訣：「Group II 反應性，由上到下越來越強；整體比 Group I 弱」
📊 Group I vs Group II 對比
| 比較 | Group I | Group II |
|---|
| 最外殼電子 | 1 | 2 |
| 與水反應 | 劇烈（Li 緩慢） | 溫和（Be 不反應） |
| 熔點 | 低 | 高 |
| 密度 | 低 | 高 |
| 整體反應性 | 更強 | 較弱 |
📌 本章總結
本章核心：
- 週期（Period） = 殼層數；族（Group） = 最外殼電子數
- Group I 鹼金屬：1 個價電子，反應性由上到下增強
- Group II 鹼土金屬：2 個價電子，反應性由上到下增強，整體比 Group I 弱
- 金屬 + 水 → 氫氧化物 + H₂；金屬 + O₂ → 氧化物；金屬 + Cl₂ → 氯化物
- 同族化學性質相似，因為價電子數相同
✏️ 即時練習
練習 1：某元素電子排佈 2,8,6，在週期表的哪個位置？
答：Period 3, Group VI（3 殼 → Period 3；最外殼 6 → Group VI）
練習 2：比較 Na 和 K 的反應性，哪個更強？
答：K 更強（同一族，越往下反應性越強）