許多 金屬 特性 都 是 因為 能夠 提供 自由 電子 而 來 。 非 定域 對 原子 的 傳統 認知 是 與 之 連結 的 電子 數量 是 固定 的 ， 但是 在 固態 金屬 中 ， 所有 原子 的 外層 電子 是非 定域 的 ， 由 所有 原子 共享 ， 如此 便 在 原子 四周 形成 了 一 片 「 電子海 」 ， 將 之 連結 在一起 。 導電性 如果 在 金屬 中 出現 了 電荷差 ， 例如 說 其中 一 端 的 正電荷 較多 ， 非 定域 電子 （ 負電荷 ） 就 會 往 那 一 端 流動 ， 才 能 平衡 電荷 差 。 這 就 是 電流 的 基礎 。 延展性 和 韌性 非 定域 電子 所 形成 的 鍵結 將 金屬 原子 緊緊 綁 在一起 ， 但 不致 僵硬 ， 原子 能夠 滑過 彼此 而 不會 分開 ， 因此 金屬 才 具有 延展性 （ 能夠 輾平 ） 和 韌性 （ 能 拉長成 線 ） 。 導熱性 熱能 在 金屬 中 傳導 的 速度 比 在 非金屬 中 還 快 ， 這 是 因為 金屬 原子 的 移動 較為 自由 。 在 物體 一 端 加熱 ， 讓 該 處 的 原子 振動 更 快 ， 這樣 的 運動會 穩定 傳 向 鄰近 原子 ， 如此 熱能 便 在 金屬 中 傳導 。 離子鍵 兩 個 以上 元素 的 原子鍵 結 在一起 時 ， 就 會 形成 化合物 ， 而 化合物 的 特性 一定 和 原料 有 明顯 差別 。 金屬 和 非金屬 元素 所 形成 的 化合物 ， 通常 會 以 離子鍵 鍵結 。 移動 的 電子 兩 個 原子 之間 會 形成 鍵結 ， 是 因為 這樣 能 讓 電子 處於 較 穩定 的 狀態 ， 耗能 也 比較 少 。 而 移轉 了 外層 電子 後 ， 就 會 形成 離子鍵 。 金屬 原子 通常 擁有 1 ~ 2 個 外層 電子 ， 捨棄 電子 後 會 讓 原子 比較 穩定 。 非金屬 原子 則 相反 ， 其 外殼層 需要 獲得 電子 才 能 變 得 穩定 。 在 圖 中 的 例子 ， 鈉原子 的 外層 電子 移轉給 了 氯原子 。 獲得 或者 失去 電子 讓 原子 成為 離子 ， 這 是 帶有 電荷 的 類原子 粒子 ， 鈉 離子 的 電荷 是 +1 ， 而 氯離子 的 則 是 -1 ， 兩 個 離子 的 電荷 相反 ， 才 會 彼此 結合 ， 成為 電荷 中性 的 氯化鈉 分子 （ 化學式 NaCl ， 也 就 是 食鹽 ） 。 保持 中性 離子鍵 中 所 含 的 電荷 必須 加總 為 零 ， 形成 中性 的 分子 。 例如 ， 鈉 和 氧 反應 時 會 形成 氧化鈉 （ 化學式 Na2O ， 為 玻璃 中 的 成分 ） ， 2 個 鈉 離子 與 1 個 氧離子 結合 。 氧 的 外殼層 有 2 個 空位 能夠 容納 電子 ， 因此 氧離子 的 電荷 為 -2 。 變小 的 陽離子 失去 電子 的 原子會 形成 帶 正 電荷 的 離子 ， 稱為 陽離子 。 陽 離子 失去 了 整 個 電子 殼層 ， 因此 會 比 原子 明顯 小 一些 。 漲大 的 陰離子 帶 負 電荷 的 離子 稱為 陰離子 ， 其 外殼層 填滿 了 電子 ， 額外 的 負電荷 會 被 原子核 往 外 推 ， 讓 陰離子 比 原子 大 一些 。 共價鍵 非金屬 所 形成 的 化合物 通常 以 共價 鍵鍵 結 在一起 ， 這 種 鍵結 不會 在 原子 之間 轉移 電子 ， 而是 共用 。 這樣 會 讓 原子 的 外殼層 連 在一起 （ 也 稱為 價殼層 ） ， 形成 分子 。 八 個 電子 規則 大部分 價 殼層 能夠 容納 8 個 電子 。 （ 只有 氫 和 氦 的 外殼層 只 能 裝 2 個 電子 。 ） 以 氯原子 為 例 ， 只 需要 製造出 一 對 電子 就 能 形成 穩定 的 分子 。 但是 像 氧 的 外殼層 有 2 個 空位 ， 就 必須 找到 2 個 電子 與 自身 配對 ， 比如 和 氫 就是 這樣 形成 水 分子 的 。 氮 可以 形成 3 對 電子 ， 碳 則 有 4 對 。 抓緊 非金屬 原子 的 價殼層 接近 全滿 ， 這 表示 原子會 用力 緊抓住 外層 電子 ， 否則 失去 電子 不但 不會 讓 原子 更 穩定 ， 反而 是 不 穩定 。 因此 ， 大部分 形成 共價鍵 的 化合物 幾乎 都 不 帶 自由 電子 ， 無法 傳遞 電流 ， 也 就 不 具 導電性 。價 原子 的 外殼層 有 多少 空間 ， 也 就 是 能夠 製造 的 鍵結數 ， 稱為 價 。 互斥 共價鍵 中 的 共用 電子 對 會 彼此 互斥 ， 這 股 斥力 會 盡可能 將 對方 推 得 遠遠 的 ， 讓 每 個 分子 呈現出 特定 的 形狀 。 孤 電子 對 分子 的 形狀 也 會 受到 未 共用 的 電子 對 影響 ， 這些 電子 對 是 在 鍵結 形成 之前 便 存在 的 。 這些 電子 會 互斥 ， 共用 電子 對 也 會 互斥 。 因為 有 這些 孤 電子 對 的 作用 ， 即使 是 相差 甚 大 的 元素 所 組成 的 化合物 ， 形狀 也 會 類似 。 這裡 的 圖表 顯示出 電子 對 的 作用 影響 ， 不過 孤 電子 對 並 不會 像 鍵結 原子 那樣 從 分子 中 延伸出來 。 反應 化學 反應 的 反應物 是 由 一 種 或 多 種 元素 或 化合物 組成 ， 反應 後 轉變成 新 的 物質 ， 稱為 產物 。 起 反應 時 ， 化學 鍵結 會 破壞 後 再 重新 形成 ， 結果 會 讓 產物 比 原始 反應物 更 穩定 。 活化 能 每 種 反應 都 須 克服 能量 障壁 才 能 開始 ， 通常 是 以 加熱 反應物 來 提供 「 活化能 」 。 中和 酸性 和 鹼性 反應物 會 形成 中性 產物 。 燃燒 燃料 與 氧 反應 ， 放出 大量 熱能 。 分解 單一 反應物 分解 成為 兩 個 產物 。 （ 依 台灣 中學 化學 課程 ， 此 箭頭 應 從 Fe2O3 起始 ） 還原 在 氧化 還原 反應 中 ， 一 個 產物 失去 了 氧 （ 還原 ） ， 另 一 個 則 得到 氧 （ 氧化 ） 。 （ 依 台灣 中學 化學 課程 ， 此 箭頭 應 從 C-O 起始 ） 氧化 置換 活性 較 高 的 元素 取代 化合物 中 的 另 一 元素 。 釋放 能量 在 化學 反應 中 破壞 鍵結 會 釋放 能量 ， 可以 用來 在 產物 中 製造 新 的 鍵結 。 如果 製造 新 鍵結 所 需要 的 能量 比 釋放出來 的 少 ， 反應 過程 就 會 放出 多餘 的 熱能 ， 稱為 放熱 。 但是 有些 反應 是 吸熱 ， 也就是說 釋放 的 能量 比 需要 的 少 ， 那麼 產物 的 溫度 就 會 很 低 。 催化劑 做為 催化劑 的 物質 會 參與 反應 ， 但 不會 被 消耗 ， 作用 是 降低 活化能 ， 更 容易 產生 反應 。 吸熱 反應 產物 能量 吸收 的 能量 釋放 的 能量 放熱 反應 產物 能量 （ 本 跨 頁 所 列 各 反應 的 所在 位置 與 反應 能量 為 吸熱 或 放熱 無關 ） 混合物 日常 所 見 的 材料 非常 多 都 是 混合物 ， 與 化合物 不同 之 處 在於 ， 化合物 必須 靠 化學 反應 才 能 分解