金屬與非金屬

基礎

金屬有光澤、可展可延、導電導熱;非金屬大多暗啞、易碎、不導電。性質決定用途,鐵、銅、鋁各有舞台。

適合:中二科學 · 單元:原子世界 · 建議學習路徑第 1/19 課

學完呢課,你會識:
  • 金屬通性:有光澤、可展、可延、導電、導熱。
  • 非金屬大多暗啞、易碎、不導電。
  • 例外要記住:水銀是液態金屬,石墨是非金屬卻導電。
文體:科普知識有聲朗讀

文體小知識:科普知識文章用生活實例解釋科學概念,先看現象再講原理,讀完就能解釋日常見到的東西。

科學Science

§課文原文 Passage

1日常生活中,金屬無處不在:早餐的汽水罐、書包上的拉鏈、課室的門和窗框,都是金屬製品。它們共同的「金屬感」— 光亮的表面、冰涼的觸感 — 來自金屬獨特的性質。

2科學家把元素分成金屬與非金屬兩大類。金屬有光澤、可以鍛壓成片、拉成細絲,又是電和熱的良導體;非金屬大多暗啞、易碎、不導電。鐵、銅、鋁是最常見的三種金屬,硫和碳(如木炭)則是典型的非金屬。

3金屬的用途正正由性質決定:銅導電又可延,適合造電線;鋁質輕抗腐蝕,飛機機身和汽水罐都用它;鐵堅硬強韌,路軌和建築支架少不了它。

4不過規律之中總有例外:水銀在室溫下是液態金屬,石墨是非金屬卻能導電。學會對比性質、解釋用途,就掌握了中二化學的第一把鑰匙。

1重點摘要 Summary

金屬有光澤、可展可延、導電導熱;非金屬大多暗啞、易碎、不導電。性質決定用途,鐵、銅、鋁各有舞台。

2生字卡 Vocabulary

M
Metal金屬

一類有光澤、導電導熱良好、可以鍛打成形的元素,例如鐵、銅、鋁。

N
Non-metal非金屬

不具金屬特性的元素,大多暗啞、易碎、不導電,例如硫和碳。

L
Lustre光澤

金屬表面反射光線的特性,新打磨的金屬特別明亮。

M
Malleability可展性

物質受錘擊或滾壓時能變成薄片而不碎裂的性質。

D
Ductility可延性

物質能被拉成幼線而不折斷的性質,例如銅可拉成電線。

C
Conductor導體

容許電流或熱通過的物質,金屬是常見導體。

I
Insulator絕緣體

不容許電流通過的物質,例如塑膠和橡膠。

E
Element元素

只由一種原子組成的純物質,不能用化學方法再分解。

H
Hardness硬度

物質抵抗刮損或壓痕的能力,鑽石是已知最硬的天然物質。

3逐步講解 Steps

  1. 先分兩大類元素是組成物質的基本材料,按性質可以分為金屬與非金屬兩大家族。把鐵釘、銅線、鋁罐、硫粉和木炭排在一起觀察,前三種有光澤、能導電,屬於金屬;後兩種暗淡易碎,屬於非金屬。學會這個分類方法,之後學習元素性質和化學反應時就有了清晰的框架。在實驗室和日常生活裡,這兩類物質的用途也截然不同。
  2. 看外表:光澤金屬表面能反射光線,呈現閃亮的外觀,這種特性稱為金屬光澤。新打磨的鐵尺會反光,銅幣擦亮後金光閃閃,都是這個道理;硫粉卻暗黃無光,木炭烏黑無澤。因此觀察光澤是分辨金屬與非金屬最直觀的方法。珠寶首飾選用金銀,正是因為它們光澤持久而美觀,不過單憑外觀並不足夠,還要配合其他性質一起判斷。
  3. 試性質:可展與可延金屬可以被錘打或滾壓成薄片而不碎裂,這種性質稱為可展性;又可以拉成幼細的線而不折斷,稱為可延性。鋁箔就是鋁錠經反覆滾壓製成的薄箔,銅線則是把銅拉幼成的電線材料。反觀硫一敲就碎成粉末,兩種性質都沒有。這些特性令金屬能造成各種形狀,廣泛應用於建築和電子產品。
  4. 測導電把銅線接入電路,燈泡立即亮起;換上膠尺,燈泡卻不亮,說明金屬是良導體,塑膠則是絕緣體。導電的微粒在金屬內部可以自由移動,所以銅被廣泛用來製造電線。要注意例外:石墨是非金屬,卻能導電,因此被用作電極。電纜以銅做芯、膠做外皮,正是導體與絕緣體的組合。
  5. 測導熱金屬導熱很快:把金屬匙和膠匙同時放進熱湯,金屬匙柄很快就變熱,膠匙柄卻幾乎不變,因為熱能在金屬中迅速傳遞。這解釋了為什麼煲的手柄用膠製造,避免燙手;而鍋身選用金屬,令食物快熟均勻。電腦的散熱片用鋁或銅製成,同樣利用金屬傳熱快的特性來把熱量帶走。
  6. 常見金屬與用途鐵堅硬、強度高,常用於路軌和閘門,但容易生鏽,所以表面常塗油或鍍鋅保護;銅導電導熱俱佳,是電線和鍋底的常用材料;鋁質輕又抗腐蝕,適合製造汽水罐和窗框。每種金屬的用途都由它的性質決定,工程師正是按需要選擇合適的金屬,例如金銀化學性質穩定,常用於製作首飾和電子接點。
  7. 規律中總有例外規律能幫助我們分類,但例外同樣重要:水銀(汞)是金屬,室溫下卻是唯一的液態金屬,遇熱膨脹明顯,因此用於溫度計;石墨是非金屬,卻兼具導電能力和光澤,被用作電極和鉛筆芯。科學家正因留意例外,才發現了許多新材料。學習科學時既要記住規律,也要重視特例,這樣對物質世界的認識才會完整。

4圖解 Diagrams

金屬 vs 非金屬 Metals vs non-metals金屬 Metals多數固態 mostly solid非金屬 Non-metals固、液、氣都有 solid / liquid / gas光澤 Lustre有光澤 lustrous暗啞 dull導電導熱 Conducts良好 good conductor差 poor(石墨例外 graphite)延展 Malleable可打成片、拉成絲易碎 brittle例子 Examples鐵・銅・鋁・金 Fe Cu Al Au硫・碳・氧 S C O₂例外 Exceptions:汞 Mercury=液態金屬 liquid metal · 石墨 Graphite=非金屬但導電 but conducts
圖 1:金屬與非金屬性質對照
常見金屬與用途 Common metals and their uses鐵鐵 · 鐵路與建築Iron · rails and frames銅銅 · 電線與廚具Copper · wires and cookware鋁鋁 · 飛機與飲罐Aluminium · aircraft and cans金金 · 首飾與接點Gold · jewellery and contacts汞汞 · 溫度計(液態)Mercury · thermometers鈦鈦 · 人造關節與眼鏡框Titanium · implants and frames性質決定用途:導電→電線、輕身→飛機、不易銹→罐頭 Properties decide uses汞有毒——溫度計打爛要通風處理 Mercury is toxic
圖 2:常見金屬與用途

5例題示範 Example

例題:鋁常用來製造汽水罐和飛機機身,試從金屬的性質解釋這兩種用途。

  1. 鋁的密度低、質輕 — 適合需要減重的飛機機身。
  2. 鋁的可展性好 — 可以壓成薄而密封的罐身。
  3. 鋁與空氣接觸會生成緻密的氧化層 — 抗腐蝕,飲料不易與罐身反應。
  4. 鋁導熱良好 — 所以也常用於煮食用具。
  5. 答案:鋁質輕、可展、抗腐蝕,所以同時適合造飛機機身(輕而堅固)和汽水罐(可壓成薄罐、不易腐蝕)。

6常見錯誤 Mistakes

✗ 「所有會發光的東西都是金屬。」
✓ 光澤是指打磨後的金屬表面反光;燈泡發光是通電發熱,與金屬光澤無關。
✗ 「非金屬全部都不導電。」
✓ 石墨是非金屬卻能導電 — 鉛筆芯就是石墨,電池裏的電極也用到它。
✗ 「金屬都很重,所以飛機不會用金屬。」
✓ 鋁是金屬但密度很低,又輕又堅固,飛機機身正是金屬製的。
✗ 「電線用銅,因為銅最便宜。」
✓ 因為銅導電性能極佳又可延;銀導電更好但太昂貴,所以電線多用銅。

75 題快測 Quick check

Q1以下哪項是金屬的通性?A. 易碎 B. 導電 C. 暗啞無光

Q2銅最適合造電線,主要因為哪兩種性質?

Q3石墨是非金屬,它具有哪一項金屬般的性質?

Q4湯煲的手柄多用膠製造,為什麼?

Q5寫出三種常見金屬及其一種用途。

8重點回顧 Recap

  • 金屬通性:有光澤、可展、可延、導電、導熱。
  • 非金屬大多暗啞、易碎、不導電。
  • 例外要記住:水銀是液態金屬,石墨是非金屬卻導電。
  • 常見用途:鐵造結構、銅造電線、鋁造罐和機身。
  • 用途由性質決定:先看性質,再解釋用途。

同級其他科

同一科其他級別