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立
中
科
實
中
選修化學
(上)
第 1章 原子構造
1-1 氫 原 子 光 譜 電 磁 波 與 能 量 、 氫 原 子 的 放 射 光 譜 與 芮 得 柏 方 程 式 1-2 波 耳 的 氫 原 子 模 型 與 氫 原 子 能 階 1-3 原 子 軌 域 量 子 數 、 原 子 軌 域 的 形 狀 1-4 電 子 組 態 1-5 元 素 性 質 的 趨 勢 原 子 半 徑 、 游 離 能 、 電 負 度黃 錦 旋
2012.06班 級座號 ：
第 1章 原 子 結 構 道 耳 頓 （ 1803年 ） 的 原 子 理 論 無 結 構 的 觀 念 ， 原 子 不 可 分 割 的 觀 念 與 19世 紀 後 半 期 的 實 驗 觀 察 相 矛 盾 。 促 成 拉 塞 福 （ 1911年 ） 原 子 核 模 型 的 重 要 實 驗 ： 1. 1811 ～ 18 33 年 法 拉 第 的 電 解 定 律 ： 顯 示 物 質 具 有 電 的 本 性 ， 且 啟 示 電 可 能 以 不 連 續 的 粒 子 存 在 。 2. 1897年湯姆森由陰極射線實驗發現電子，測得電子荷質比( e m) = 1:76 £ 10 8(coul=g) ( e m) = 1:76 £ 10 8(coul=g) 同 時 提 出 所 謂 湯 姆 森 原 子 模 型 --西 瓜 原 子 模 型，即 在 一 個 帶 正 電 的 物 質 球 上 散 佈 著 電 子 。 3. 1909年 密 立 坎 藉 油 滴 實 驗 而 測 得 電 子 所 帶 電 量 為 e = 1:60 £ 10e = 1:60 £ 10¡19¡19(coul)(coul)。 (1) 經 由 電 子 荷 質 比 及 基 本 電 量 ， 可 求 得 電 子 的 質 量 m = 9:1 £ 10m = 9:1 £ 10¡28¡28(g)(g)， 約 為 一 個 氫 原 子 質 量 的 1 1840 1 1840倍 。 4. 1911 年 拉 塞 福 由 α 粒 子 散 射 實 驗 建 立 原 子 核 模 型 ： 原 子 的 質 量 絕 大 部 分 集 中 在 一 個 帶 正 電 的 小 核 心 上 ， 核 外 則 散 佈 著 重 量 極 小 的 電 子 。 5. 1913年 莫 斯 利 從 測 量 各 元 素 的 X射 線 的 波 長 ，建 立 原 子 序 觀 念 ；同 時 湯 姆 森 也 使 用 質 譜 儀 測 量 各 元 素 的 原 子 的 質 量 而 發 現 元 素 的 同 位 素 。 6. 1919年 拉 塞 福 以 α 粒 子 轟 擊 氮 原 子 核 而 發 現 質 子 。 7. 1932年 查 兌 克 使 用 鐳 所 放 出 的 α 粒 子 撞 擊 鈹 原 子 核 而 得 中 子 。 名 稱 符 號 質 量 (amu) 單 位 電 荷 電 量 發 現 先 後 發 現 者 電 子 0 1e − − 5.4858×10− 4 1− −1.602×10−19 最 早 湯 姆 森 質 子 1 1 1p + 1.00728 1+ +1.602×10−19 其 次 拉 塞 福 中 子 1 0n 1.00 8 67 (最 重 ) 0 0 最 晚 查 兌 克 (1) 同 位 素 符 號 ((AZAX) ZX)： 原 子 核 內 的 組 成 可 由 原 子 序 (Z)及 質 量 數 (A)鑑 別 之 。 a. 原 子 序 (Z)： 核 電 荷 ， 即 原 子 核 中 的 質 子 數 ， 也 等 於 電 中 性 原 子 的 核 外 的 電 子 數 。 常 置 於 元 素 符 號 之 左 下 方 ， 如1H、6C 。 決 定 電 子 在 原 子 核 外 的 能 量 狀 態 （ 排 列 方 式 ）， 決 定 原 子 的 化 學 性 質 。 b. 質 量 數 (A)： 為 一 原 子 核 中 之 質 子 及 中 子 之 總 數 ， 即 A＝ 中 子 數 ＋ 質 子 數 ＝ 中 子 數 ＋ Z ， 故 中 子 數 ＝ A−Z。 常 將 質 量 數 置 於 元 素 符 號 的 左 上 方 ， 如1 H、1 2C。 c. 質 量 數 是 整 數 ， 與 該 原 子 之 原 子 量 很 接 近 ， 這 是 因 為 原 子 的 質 量 幾 乎 完 全 集 中 在 原 子 核 之 故 。 所 以 同 位 素 為 質 子 數 相 同 ， 但 中 子 數 不 同 的 元 素 ， 如235 92U 235 92U、2382389292UU， 其 化 學 性 質 相 同 ， 但 物 理 性 質 不 同 。 (2) 原 子 ((AZAX) ZX)： 原 子 核 內 質 子 Z個 、 中 子A ¡ ZA ¡ Z個 ， 核 外 電 子 Z個 。 8. 1935年 湯 川 秀 樹 的 介 子 理 論 ： 核 子 作 用 （ 強 作 用 ） 使 原 子 核 穩 定 存 在 。
1-1 氫 原 子 光 譜 1-1.1 電 磁 波 與 能 量 一 、 光 的 兩 種 特 性 光 同 時 具 有 ⎧⎨ ⎩ 波 動 性 － 光 具有 波 長 、折 射 或 繞射 等 現 象， 證 明 光 具有 波 動 性 。 粒 子 性 － 光 具有 光 電 效 應現 象 ，證 明 光 具 有粒 子 性 。 1. 光 的 波 動 性 (1) 光 是 電 磁 波 。 在 真 空 中 ， 所 有 電 磁 波 的 波 速 均 為 光 速 。 (2) 電 磁 波 的 波 長 (¸)(¸)、 頻 率 (º)(º)與 波 速 (c)(c)間 的 關 係 ： c = ¸ £ ºc = ¸ £ º。 光 速 (c) = 3 £ 10(c) = 3 £ 1088(m/s)(m/s)， 波 長 (¸)(¸)單 位 為 公 尺 (m)(m)， 頻 率 (º)(º)單 位 為 赫 茲 (Hz)(Hz)， 1 Hz = 1 s¡1 1 Hz = 1 s¡1。 (3) 各 種 電 磁 波 依 波 長 分 類 人 類 只 能 看 到 可 見 光 ， 波 長 約 在 400～ 700（ 奈 米 ）。 2. 光 的 粒 子 性 (1) 普 朗 克 認 為 光 是 由 一 群 具 有 能 量 的 粒 子 所 組 成 。 最 小 能 量 的 粒 子 稱 為 量 子 。 量 子 的 能 量 與 其 頻 率 成 正 比 。 每 顆 量 子 的 能 量(E) = hº = h c ¸ (E) = hº = h c ¸， h = 6:626 £ 10 ¡34(J¢s) h= 6:626 £ 10¡34(J¢s)（ 普 朗 克 常 數 ） (2) 愛 因 斯 坦 提 出 電 磁 波 具 有 粒 子 的 性 質 ， 可 以 合 理 解 釋 光 電 效 應 。 愛 因 斯 坦 將 普 朗 克 的 量 子 命 名 為 光 子 (photon)。 註 ： 光 電 效 應 是 指 物 質 吸 收 光 子 並 激 發 出 自 由 電 子 的 行 為 。 當 金 屬 表 面 在 特 定 的 光 輻 照 作 用 下 ， 金 屬 會 吸 收 光 子 並 發 射 電 子 。 =================================================================================== [範 例 1]光 觸 媒 的 主 要 成 分 為 二 氧 化 鈦 (Ti O2)，可 吸 收 光 能 使 觸 媒 周 圍 的 氧 氣 或 水 分 子 轉 換 成 極 具 活 性 的 氫 氧 自 由 基 ， 再 藉 由 這 些 自 由 基 分 解 對 人 體 或 環 境 有 害 的 有 機 物 質。一 般 的 光 觸 媒 只 能 吸 收 波 長 約 為 380nm的 紫 外 線，試 求 出 其 能 量 約 有 多 少 kJ/mol？ E = (hº) £ N± = μ h £ C ¸ ¶ £ N± E = 6:626 £ 10¡34£ 3 £ 10 8 380 £ 10¡9 £ 6:02 £ 10 23 = 3:15 £ 105(J=mol) = 315 (kJ=mol) E = (hº) £ N± = μ h £ C ¸ ¶ £ N± E = 6:626 £ 10¡34£ 3 £ 10 8 380 £ 10¡9 £ 6:02 £ 10 23 = 3:15 £ 105(J=mol) = 315 (kJ=mol)
1-1.2 氫 原 子 的 放 射 光 譜 與 芮 得 柏 方 程 式 一 、 原 子 光 譜 1. 分 光 儀 ： 在 實 驗 室 中 分 離 光 線 的 儀 器 ， 包 含 光 源 、 三 稜 鏡 及 照 相 底 片 。 2. 光 譜 ： 用 分 光 儀 使 電 磁 波 中 所 含 的 各 種 波 長 一 一 分 離 出 來 ， 便 可 在 照 相 底 片 上 得 到 一 組 特 定 波 長 的 譜 線 。 分 為 二 種 ： (1) 連 續 光 譜 ： 太 陽 光 或 熱 至 白 熾 化 的 固 體 （ 如 鎢 絲 ） 所 發 出 的 白 光 ， 用 分 光 儀 測 之 ， 可 發 現 光 如 彩 虹 一 般 是 由 一 連 串 不 斷 的 顏 色 所 組 成 。 (2) 不 連 續 光 譜（ 線 光 譜 ）：為 原 子 所 放 射 出 的 輻 射 所 造 成，又 叫 原 子 光 譜；僅 含 數 種 特 定 波 長（ 或 頻 率 ）光 線。其 形 態 為 黑 底 上 有 幾 條 色 線（ 發 射 頻 率 ）。 線 光 譜 為 各 種 元 素 的 特 性 ， 有 如 人 的 手 指 紋 一 樣 ， 可 作 檢 定 元 素 之 用 。 二 、 氫 原 子 放 射 光 譜 1. 產 生 ： 將 氫 氣 置 於 真 空 管 內 ， 利 用 高 壓 電 將 氫 氣 分 解 為 高 能 量 氫 原 子 ， 氫 原 子 會 釋 出 能 量 產 生 放 射 光 ， 經 由 分 光 儀 可 得 到 不 同 光 區 之 不 連 續 光 譜 。 2. 氫 原 子 光 譜 特 性 ： (1) 僅 含 有 些 特 定 且 頻 率 固 定 之 不 連 續 光 譜 。 (2) 光 譜 線 可 分 為 三 群 ： 紫 外 光 區 、 可 見 光 區 ， 其 他 均 為 紅 外 光 區 。 (3) 同 光 區 內 ， 每 條 譜 線 相 鄰 間 隔 ， 頻 率（ 能 量 ）愈 高 ， 間 隔（ 波 長 ）愈 小 。 三 、 芮 得 柏 方 程 式 1. 巴 耳 末 提 出 氫 原 子 放 射 光 譜 的 波 長 具 有 數 學 規 律 性 ， 再 由 芮 得 柏 提 出 數 學 公 式 ： 1 ¸ = RH£ μ 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 ¶ 1 ¸ = RH£ μ 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 ¶ 其 中RRH = 1:097 £ 10¡2nm¡1 H = 1:097 £ 10¡2nm¡1（ 芮 得 柏 常 數 ）， nn11、 nn22 為 正 整 數 ， 且 nn22 > n> n11。 2. 氫 原 子 光 譜 各 系 列 譜 線 系 列 光 區 n1 與 n2 來 曼 (Lyman) 紫 外 光 區 nn11 = 1= 1， nn22 = 2= 2、 3、 4… 巴 耳 末 (Balmer) 可 見 光 區 nn11 = 2= 2， nn22 = 3= 3、 4、 5… 帕 申 (Paschen) 紅 外 光 區 nn11 = 3= 3， nn22 = 4= 4、 5、 6… 布 拉 克 (Brackett) 紅 外 光 區 nn11 = 4= 4， nn22 = 5= 5、 6、 7… 蒲 芬 德 (Pfund) 紅 外 光 區 nn11 = 5= 5， nn22 = 6= 6、 7、 8…
[ 範 例 2] 已 知 芮 得 柏 方 程 式 1 ¸ = RH£ μ 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 ¶ 1 ¸ = RH£ μ 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 ¶ 可 計 算 氫 原 子 光 譜 中 各 光 譜 線 的 波 長 ， 若 某 光 譜 線 頻 率 為 3:2 £ 103:2 £ 101515ss¡¡11， 則 是 由 下 列 何 種 n值 組 合 所 產 生 ？ （ 已 知RRH= 1:097 £ 107m¡1 H= 1:097 £ 107m¡1） (A) nn22 = 4= 4 與nn11 = 1= 1 (B) nn22 = 5= 5 與nn11 = 1= 1 (C) nn22 = 6= 6 與nn11 = 2= 2 (D) nn22 = 6= 6 與nn11 = 1= 1 C = ¸º ) 1 ¸ = º C = RH£ μ 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 ¶ =) 3:2 £ 10 15 3 £ 108 = 1:097 £ 10 7£ μ 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 ¶ ) 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 = 0:972 ¢ ¢ ¢ (1) C = ¸º ) 1 ¸ = º C = RH£ μ 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 ¶ =) 3:2 £ 10 15 3 £ 108 = 1:097 £ 10 7£ μ 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 ¶ ) 1 n2 1 ¡ 1 n2 2 = 0:972 ¢ ¢ ¢ (1) 把 各 選 項 的 數 值 代 入 式 (1)， (A)為 0.9375、(B)為 0.96、 (C)為 0.222、 (D)為 0.972， 故 答 案 應 選 (D) 練 習 題 ： 1. 下 列 關 於 光 的 敘 述 何 者 錯 誤 ？ (A) 光 是 能 量 的 一 種 形 式 (B) 所 有 光 子 有 相 等 的 能 量 (C) 光 在 磁 場 中 不 偏 向 (D) 光 包 括 X射 線 2. 兩 電 磁 波 的 波 長 分 別 為 xx、 yy奈 米 ， 則 光 子 的 能 量 比 為 下 列 何 者 ？ (A) x : yx : y (B) xx22 : y: y22 (C) y : xy : x (D) yy22 : x: x22 3. 下 列 電 磁 波 輻 射 ， 何 者 能 量 最 小 ？ (A) γ 射 線 (B) X射 線 (C) 藍 色 光 (D) 紅 外 光 4. 欲 使 氯 分 子 解 離 成 氯 原 子 所 需 要 的 能 量 為 243 kJ /mol，則 至 少 需 照 射 多 少 波 長 的 光 才 可 使 氯 分 子 分 解 為 氯 原 子 ？ （ 已 知 波 長 單 位 為 nm， 亞 佛 加 厥 常 數 為 NNAA， 普 朗 克 常 數 為 h， 光 速 為 c） (A) 243 hNA £ 10 3 243 hNA £ 10 3 (B) 243 hcNA £ 10 3 243 hcNA £ 10 3 (C) hcNA 243 £ 10 6 hcNA 243 £ 10 6 (D) hNA 243 £ 10 9 hNA 243 £ 10 9 5. 下 列 有 關 各 種 電 磁 波 的 波 長 高 低 順 序 及 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) X射 線 ＞ γ 射 線 (B) 無 線 電 波 ＞ 微 波 (C) 可 見 光 ＞ 微 波 (D) 紫 外 光 ＞ 可 見 光 ＞ 紅 外 光 (E) 可 見 光 波 長 範 圍 約 3 80nm ～ 74 0nm 6. 下 列 有 關 光 波 之 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 光 包 含 紫 外 線 及 X射 線 (B) 光 之 波 長 愈 短 ， 則 能 量 愈 小 (C) 光 之 波 長 愈 短 ， 則 頻 率 愈 短 (D) 所 有 光 子 均 具 有 相 同 的 能 量 (E) 所 有 光 波 在 真 空 中 均 以 相 同 的 速 率 前 進 7. 鈉 由 高 能 量 狀 態 ， 可 放 出 589nm 的 可 見 光 ， 而 變 成 較 穩 定 的 鈉 原 子 。 請 問 每 個 鈉 原 子 放 出 的 可 見 光 ， 其 能 量 為 多 少 J？
1-2 波 耳 氫 原 子 模 型 與 氫 原 子 能 階
1913年 波 耳 (Ni els Bohr)為 瞭 解 釋 氫 原 子 譜 線 ， 提 出 氫 原 子 結 構 的 模 型 ， 波 耳 與 拉 塞 福 一 樣 皆 將 原 子 視 為 由 原 子 核 與 繞 核 運 動 的 電 子 組 成 ， 但 是 拉 塞 福 並 沒 有 對 原 子 的 軌 道 加 以 限 制 ， 但 是 波 耳 有 。 波 耳 認 為 古 典 物 理 學 並 不 適 用 於 原 子 或 次 原 子 大 小 的 粒 子 ， 故 引 入 普 朗 克 的 量 子 論 與 愛 因 斯 坦 的 光 子 論 ， 作 了 二 項 大 膽 的 假 設 ： Ψ 第 一 假 設 ： 當 電 子 在 在 某 些 圓 形 軌 道 運 行 時，其 角 動 量 恰 為 h 2¼ h 2¼的 整 數 n倍 時，電 子 將 不 遵 守 古 典 電 磁 定 律 ， 不 輻 射 能 量 而 成 穩 定 態 。 因 此 ， 電 子 只 要 不 改 變 軌 道 其 能 量 永 遠 保 持 定 值 。 1. 這 些 軌 道 的 能 量 的 高 低 以 能 階 表 示 ， 從 原 子 核 向 外 分 成 數 層 ， 以 n 為 1 、 2、 3、 4 、 5 … 等 量 子 數 表 示 ， 或 依 次 以 K、 L、 M 、 N、 O… 符 號 表 示 。 (1) n = 1n = 1 的 軌 道 最 接 近 原 子 核 ， 其 半 徑 最 小 ， 是 最 低 的 能 階 。 離 開 原 子 核 愈 遠 的 軌 道 ， 其 半 徑 愈 大 ， 能 量 愈 高 。 (2) 波 耳 導 出 氫 原 子 的 電 子 在 各 能 階 的 能 量 (E(Enn))為 ： En =¡ 2:179 £ 10¡18 n2 (J) =¡K £ 1 n2 (J) n = 1 En =¡ 2:179 £ 10¡18 n2 (J) =¡K £ 1 n2 (J) n = 1、 2、 3、 4、 5 --- (1) 註：式 中 負 號 是 為 使 公 式 簡 化 而 引 入 的。討 論 電 子 與 原 子 核 間 的 位 能 時 規 定 ： 當 電 子 距 離 原 子 核 無 窮 遠 時 ， 位 能 為 零 ， 隨 著 離 核 的 距 離 減 小 ， 其 位 能 降 低 ， 因 而 E為 負 值 。 2. 電 子 在 最 低 能 階 的 狀 態 ， 是 最 穩 定 的 狀 態 ， 稱 為 基 態 ， 其 他 則 為 激 發 態 。 (1) 氫 原 子 核 外 僅 有 一 個 電 子 ， 在 正 常 狀 態 的 時 候 ， 氫 原 子 電 子 多 在 n ＝ 1 的 能 階 上 ， 是 為 氫 原 子 電 子 的 基 態 ； 當 此 原 子 吸 收 足 夠 的 外 來 能 量 時 ， 電 子 能 躍 遷 至 較 高 的 能 階 ， 即 n＞ 1的 能 階 ， 此 時 氫 原 子 處 在 激 發 態 。 Ψ 第 二 假 設 ： 當 一 個 電 子 由 一 個 軌 道 跳 至 另 一 軌 道 時 才 會 放 出 或 吸 收 一 定 頻 率 的 能 量 ， 遂 於 光 譜 上 造 成 一 固 定 位 置 的 線 條 。 1. 當 電 子 自 高 能 階 躍 遷 回 低 能 階 時 ， 放 出 的 能 量 以 光 的 形 式 放 出 ， 其 光 子 能 量 (hº)(hº)恰 等 於 兩 能 階 的 能 量 差 (ΔE)， 即¢E =¢E =hºhº。
2. 此 放 射 光 譜 就 是 實 驗 所 觀 察 到 的 明 線 光 譜 或 是 原 子 的 焰 色 ， 所 以 測 定 光 譜 上 各 亮 線 的 頻 率 ， 即 可 測 出 該 亮 線 是 電 子 在 那 二 種 能 階 之 間 轉 換 所 產 生 。 3. 若 外 加 能 量 （ 如 光 、 熱 及 電 ） 滿 足¢E =¢E =hºhº時 ， 此 外 加 能 量 便 能 被 氫 原 子 吸 收 ， 電 子 則 會 由 低 能 階 躍 遷 至 高 能 階 。 Ψ 波 耳 的 氫 原 子 能 階 公 式 ： 波 耳 依 其 第 二 假 設 ： 設 電 子 在 較 高 能 階 (nH)的 能 量 以 EH表 示 ； 在 較 低 能 階 (nL) 的 能 量 以 EL表 示 ， 當 電 子 自 nH躍 遷 回 到 nL時 ， 將 會 輻 射 出 EEHH¡ E¡ ELL 能 量 的 光 子 。 1. 光 子 能 量 hº = ¢E = EH¡ EL =¡ K nH2 ¡ μ ¡ K nL2 ¶ =K £ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ hº = ¢E = EH¡ EL =¡ K nH2 ¡ μ ¡ K nL2 ¶ =K £ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ --- (2 ) 光 波 頻 率 º = K h £ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ = 2:179 £ 10 ¡18(J) 6:626 £ 10¡34(J¢s) £ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ º = K h £ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ = 2:179 £ 10 ¡18(J) 6:626 £ 10¡34(J¢s) £ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ = 3:289 £ 1015£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ (s¡1) = 3:289 £ 1015£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ (s¡1) --- (3) 2. 式 (3)中 的 比 例 常 數 3 .289×101 5(s− 1)， 稱 為 芮 得 柏 常 數 ， 用 R表 示 。 3. 波 耳 理 論 可 解 釋 氫 原 子 光 譜 及 類 氫 離 子（ 僅 含 一 個 電 子 的 離 子，2He+ 2He+、33LiLi2+2+、 4Be3+ 4Be3+）的 光 譜 ，En= ¡ K n2 £ Z 2(J) En= ¡ K n2 £ Z 2(J)、 º = 3:289 £ 1015£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ £ Z2(s¡1) º = 3:289 £ 1015£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ £ Z2(s¡1)， 其 中 Z為 原 子 序 ， 但 不 能 解 釋 其 他 （ 多 電 子 ） 原 子 。 4. 氫 原 子 光 譜 結 論 ： (1) 頻 率 公 式 ： º = 3:289 £ 1015£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ (s¡1) º = 3:289 £ 1015£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ (s¡1) (2) 能 量 公 式 ： ¢E = 2:179 £ 10¡18£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ (J) ¢E = 2:179 £ 10¡18£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ (J) 或
¢E = 1312£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ (kJ/mol) ¢E = 1312£ μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ (kJ/mol) (3) 相 鄰 兩 能 階 之 間 的 能 量 差 值 隨 n 值 愈 大 ， 差 值 愈 小 。 5. 氫 原 子 光 譜 系 列 ： (1) 當 氫 原 子 的 電 子 ， 從 較 高 能 階 n ＝ 2 、 3 、 4 、 5 … 回 到 基 態 n=1 時 ， 放 出 的 光 譜 位 於 紫 外 光 區 ， 稱 為 來 曼 系 。 (由 n≧ 2能 階 躍 遷 至 n＝ 1) (2) 當 氫 原 子 的 電 子 ， 從 較 高 能 階 n＝ 3、 4、 5 … 回 到 較 低 能 階 n=2時 ， 放 出 的 光 譜 位 於 可 見 光 區 ， 稱 為 巴 耳 末 系 。 (由 n≧ 3能 階 躍 遷 至 n＝ 2) (3) 當 氫 原 子 的 電 子 ， 從 較 高 能 階 n＝ 4、 5、 6 … 回 到 較 低 能 階 n=3 時 ， 放 出 的 光 譜 位 於 紅 外 光 區 ， 稱 為 帕 申 系 。 (由 n≧ 4能 階 躍 遷 至 n＝ 3) =================================================================================== [範 例 3]關 於 波 耳 的 氫 原 子 理 論 ， 下 列 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 電 子 圍 繞 原 子 核 運 動 ， 如 同 行 星 繞 著 太 陽 (B) 電 子 的 圓 周 運 動 ， 其 向 心 力 是 源 於 電 子 與 原 子 核 間 的 庫 侖 靜 電 力 (C) 原 子 的 電 子 能 階 是 連 續 性 的 ， 電 子 可 在 任 意 的 軌 道 做 圓 周 運 動 (D) 氫 原 子 電 子 能 階 的 高 低 與 其 主 量 子 數 (n)成 正 比 (E) 電 子 能 階 狀 態 的 改 變 ， 常 伴 隨 吸 收 或 放 出 光 子 答 案 ： (ABE) (C) 原 子 的 電 子 能 階 是 不 連 續 性 的 ， 電 子 必 須 在 特 定 軌 道 做 圓 周 運 動 (D) 氫 原 子 電 子 能 階 En =¡ 2:179 £ 10¡18 n2 (J)/ ¡ 1 n2 En =¡ 2:179 £ 10¡18 n2 (J)/ ¡ 1 n2 [範 例 4]氫 原 子 的 明 線 光 譜 中 ， 波 長 最 短 的 譜 線 波 長 為 9 1.2 n m， 則 ： 1. 此 譜 線 的 頻 率 為 多 少 ？ C =¸º ) º = C ¸ = 3£ 108 91:2 £ 10¡9 = 3:29 £ 10 15(s¡1) C =¸º ) º = C ¸ = 3£ 108 91:2 £ 10¡9 = 3:29 £ 10 15(s¡1) 2. 此 譜 線 每 個 光 子 能 量 為 多 少 焦 耳 ？ E = hº = 6:626 £ 10¡34£ 3:29 £ 1015= 2:18 £ 10¡18(J) E = hº = 6:626 £ 10¡34£ 3:29 £ 1015= 2:18 £ 10¡18(J) 3. 此 譜 線 每 莫 耳 光 子 能 量 能 量 為 多 少 千 焦 (kJ)？ （ 1nm＝ 10− 9m， 普 朗 克 常 數 h ＝ 6.626×10− 3 4焦 耳 -秒 /光 子 ） [ 2:18 £ 10¡18£ 6:02 £ 1023(J=mol) ] £ 10¡3(kJ=J) = 1312 (kJ=mol) [ 2:18 £ 10¡18£ 6:02 £ 1023(J=mol) ] £ 10¡3(kJ=J) = 1312 (kJ=mol)
[ 範 例 5] 若 氫 原 子 中 電 子 在 各 軌 域 的 能 量 為 En = ¡2:18 £ 10¡18 n2 En = ¡2:18 £ 10¡18 n2 焦 耳 ， 假 設 基 態 氫 原 子 的 游 離 能 為 a 焦 耳 ， 而 電 子 自 n＝ 1躍 遷 至 n＝ 2之 激 發 能 量 為 b 焦 耳 ， 則 a b a b 之 比 值 為 下 列 何 者 ？ （ 90日 大 ） (A) 0.25 (B) 0.75 (C) 1.33 (D) 4 （ 註 ： 氫 原 子 游 離 能 指 基 態 電 子n = 1n = 1躍 遷 至 無 窮 遠 處 n = 1n = 1） 答 案 ： (C) ¢E = EH¡ EL / μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ )a : b = ( 1 12 ¡ 1 12 ) : ( 1 12 ¡ 1 22 ) = 1 : 3 4 =) a b = 4 3 ¢E = EH¡ EL / μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ )a : b = ( 1 12 ¡ 1 12 ) : ( 1 12 ¡ 1 22 ) = 1 : 3 4 =) a b = 4 3 [ 範 例 6] 氫 原 子 從 較 高 能 階 放 光 到 n ＝ 1 能 階 之 光 譜 線 稱 為 來 曼 系 列 。 此 系 列 最 長 之 波 長 為 121.5nm， 則 此 系 列 所 放 出 最 短 波 長 為 若 干 ？ (A) 1 4 £121:5 1 4 £121:5 (B) 1 2 £121:5 1 2 £121:5 (C) 3 4 £121:5 3 4 £121:5 (D) 1 3 £121:5 nm 1 3 £121:5 nm 答 案 ： (C) 來 曼 系 最 長 波 （ 能 量 最 小 ）：n = 2 ! n = 1n = 2 ! n = 1； 最 短 波 （ 能 量 最 大 ）：n = 1 ! n = 1n = 1 ! n = 1 E = hº = h £ C ¸ / 1 ¸ / μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ ) 1 121:5 : 1 ¸min = ( 1 12 ¡ 1 22 ) : ( 1 12 ¡ 1 12 ) E = hº = h £ C ¸ / 1 ¸ / μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ ) 1 121:5 : 1 ¸min = ( 1 12 ¡ 1 22 ) : ( 1 12 ¡ 1 12 ) 1 121:5 : 1 ¸min = 3 4 : 1 =) ¸min = 3 4 £121:5 1 121:5 : 1 ¸min = 3 4 : 1 =) ¸min = 3 4 £121:5 [範 例 7]下 圖 為 氫 原 子 光 譜 中 巴 耳 末 系 的 光 譜 線 。 1. 甲 、 乙 光 譜 線 波 長λ1、λ2之 比 約 為 ： (A) 3： 4 (B) 3： 2 (C) 3： 5 (D) 27： 20 (E) 20： 27 2. 所 發 射 的 光 譜 線 最 後 密 集 於 譜 線 丙 ， 此 譜 線 丙 之 光 為 電 子 何 種 轉 移 而 引 起 ？ (A) 1 !1 !11 (B) 7 ! 27 ! 2 (C) 1 !1 !22 (D) 1 !1 !33 (E) 1 !1 !44 答 案 ： 1.(D)， 2.(C) 巴 耳 末 系 的 光 譜 線 係 電 子 的 躍 遷 形 態 為n ¸ 3 ! n = 2n ¸ 3 ! n = 2；甲 為 巴 耳 末 系 的 第 1條，電 子 由n = 3 ! n = 2n = 3 ! n = 2， 乙 為n = 4 ! n = 2n = 4 ! n = 2， 丙 為n = 1 ! n = 2n = 1 ! n = 2 1 ¸ / μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ ) 1 ¸1 : 1 ¸2 = ( 1 22 ¡ 1 32 ) : ( 1 22 ¡ 1 42 ) = 5 36 : 3 16 = 20 : 27 1 ¸ / μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ ) 1 ¸1 : 1 ¸2 = ( 1 22 ¡ 1 32 ) : ( 1 22 ¡ 1 42 ) = 5 36 : 3 16 = 20 : 27 ) ¸1 : ¸2= 27 : 20 ) ¸1 : ¸2= 27 : 20
[ 範 例 8] 來 曼 系 光 譜 第 一 條 光 譜 線 的 能 量 、 波 長 、 頻 率 ， 分 別 為 E1、λ1、ν1； 來 曼 系 光 譜 第 二 條 光 譜 線 的 能 量、波 長、頻 率，分 別 為 E2、λ2、ν2；巴 耳 末 系 光 譜 第 一 條 光 譜 線 的 能 量 、 波 長 、 頻 率 ， 分 別 為 E3、λ3、ν3， 則 下 列 關 係 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) E2＝ E1＋ E3 (B) λ2＝λ1＋λ3 (C) ν2＝ν1＋ν3 (D) λ1λ3＝λ2λ3＋λ1λ2 (E) E2－ E1＞ E2－ E3 答 案 ： (ACD) 來 曼 系 第 一 條n = 2 ! n = 1n = 2 ! n = 1， 來 曼 系 第 二 條n = 3 ! n = 1n = 3 ! n = 1 巴 耳 末 系 第 一 條n = 3 ! n = 2n = 3 ! n = 2 根 據 能 量 守 恆 ：E2 = E1+ E3 E / º ¡¡¡¡! º2 = º1+ º3 E2 = E1+ E3 E / º ¡¡¡¡! º2 = º1+ º3 *º / 1 ¸ ) ) 1 ¸2 = 1 ¸1 + 1 ¸3 *º / 1 ¸ ) ) 1 ¸2 = 1 ¸1 + 1 ¸3 E2¡E1 = E3 E2¡E1 = E3， EE22¡¡EE33 = E= E11； * E*E11 > E> E33 ) )) )EE22¡¡EE33 > E> E22¡¡EE11 [ 範 例 9] 氫 原 子 光 譜 中 ， 來 曼 系 第 一 條 譜 線 之 波 長 為λ1， 巴 耳 末 系 第 二 條 譜 線 之 波 長 為λ2， 則 ： (A) λ2＝ 4λ1 (B) λ1＝ 4λ2 (C) λ1＝ 2λ2 (D) λ2＝ 2λ1 答 案 ： (A) 來 曼 系 第 一 條n = 2 ! n = 1n = 2 ! n = 1， 巴 耳 末 系 第 二 條n = 4 ! n = 2n = 4 ! n = 2 1 ¸ / μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ ) 1 ¸1 : 1 ¸2 = ( 1 12 ¡ 1 22 ) : ( 1 22 ¡ 1 42 ) = 3 4 : 3 16 = 4 : 1 =) ¸2 = 4¸1 1 ¸ / μ 1 nL2 ¡ 1 nH2 ¶ ) 1 ¸1 : 1 ¸2 = ( 1 12 ¡ 1 22 ) : ( 1 22 ¡ 1 42 ) = 3 4 : 3 16 = 4 : 1 =) ¸2 = 4¸1 [範 例 10]氫 分 子 解 離 時 可 形 成 氫 原 子，氫 原 子 中 的 部 分 能 階 如 圖 1所 示。圖 2為 氫 原 子 被 激 發 時 所 顯 現 的 光 譜 。 試 問 圖 2中 的 656.3 奈 米 的 譜 線 是 經 過 下 列 何 種 能 階 躍 遷 所 產 生 的 ？ （ 100指 考 ） (A) nn = 4 ! n = 1= 4 ! n = 1 (B) nn = 4 ! n = 3= 4 ! n = 3 (C) nn = 3 ! n = 2= 3 ! n = 2 (D) nn = 3 ! n = 1= 3 ! n = 1 (E) nn = 2 ! n = 1= 2 ! n = 1 答 案 ： (C) 可見 光波長 400 nm » 700 nm400 nm » 700 nm， 可 知 圖 2 的 光 譜 係 巴 耳 末 系 列 (n ¸ 3 ! n = 2)(n¸ 3 ! n = 2)， 其 中 波 長656:3 nm656:3 nm（ 此 系 列 最 長 波 ， 能 量 最 小 者 ） 為 巴 耳 末 系 第 一 條 譜 線 ， 其 能 階 躍 遷 為n = 3 ! n = 2n = 3 ! n = 2。 n = 1 n = 1 n = 2 n = 2 n = 3 n = 3 E1 º1 ¸1 E1 º1 ¸1 E2 º2 ¸2 E2 º2 ¸2 E3; º3; ¸3 E3; º3; ¸3 0 0 ¡1312 ¡1312 ¡328 ¡328 ¡146 ¡146 ¡82 ¡82 1s 1s 2s 2s 2p2p 3s 3s 3p3p 3d3d 4s 4s 4p4p 4d4d 4f4f 410:2 410:2 434:1 434:1 486:1 486:1 656:3656:3 (nm) (nm) (k J = mol) (k J = mol)
練 習 題 ： 1. 氫 原 子 的 電 子 由 n＝ 5的 激 發 態 能 階 回 到 基 態 能 階 (n＝ 1)， 可 能 放 出 的 光 譜 線 ， 何 者 正 確 ？ (A) 共 有 四 條 譜 線 (B) 紫 外 光 譜 線 有 四 條 (C) 可 見 光 譜 線 有 二 條 (D) 紅 外 光 譜 線 有 二 條 2. 已 知 氫 原 子 的 游 離 能 為 1.3 1×103 kJ /mol，則 氫 原 子 光 譜 中 電 子 由 n＝ 3回 到 n ＝ 2 所 放 出 的 光 波 ， 每 個 光 子 能 量 為 何 ？ （ 80日 大 ） (A) 1.82×105 J (B) 1.82×10− 1 9J (C) 3.03×10− 1 9J (D) 2.18×10− 1 8J 3. 在 氫 原 子 中 ， 電 子 經 下 列 能 階 轉 換 ， 何 者 放 出 的 能 量 最 高 ？ (A) n＝ 5→ n＝ 2 (B) n＝ 4→ n＝ 1 (C) n＝ 6→ n＝ 3 (D) n＝ 7→ n＝ 4 4. 氫 原 子 中 的 電 子 會 發 生 轉 移 而 改 變 能 量 狀 態 ， 下 列 何 種 轉 移 會 放 出 波 長 最 短 的 光 譜 ？ (A) 由 n＝ 5至 n＝ 2 (B) 由 n＝ 3至 n＝ 1 (C) 由 n＝ 2至 n＝ 1 (D) 由 n＝ 7至 n＝ 3 5. 氫 原 子 放 射 光 譜 中 ， 巴 耳 末 系 波 長 最 長 的 一 條 ， 其 波 長 為 aa Å， 同 一 光 區 中 ， 波 長 最 短 者 ， 其 波 長 為 ？ (A) 5a 36 5a 36 (B) 36a 5 36a 5 (C) 5a 9 5a 9 (D) 9a 5 9a 5 6. 已 知 來 曼 系 列 中 波 長 最 長 為 12 1.5 nm，則 巴 耳 末 系 列 中 波 長 最 短 的 譜 線，其 波 長 為 ？ (A) 365nm (B) 91.5 nm (C) 161. 6nm (D) 502nm 7. 有 關 波 耳 電 子 結 構 理 論 的 下 列 敘 述 何 者 錯 誤 ？ (A) 電 子 從 高 能 階 回 到 較 低 能 階 ， 放 出 能 量 (B) 電 子 吸 收 能 量 躍 遷 至 較 高 能 階 的 狀 態 叫 做 激 發 態 。 (C) 電 子 在 n ＝ 0 的 軌 道 時 ， 所 具 有 的 能 量 最 小 (D) 電 子 在 軌 道 上 運 動 時 ， 具 有 一 定 的 能 量 8. 有 關 波 耳 氫 原 子 模 型 理 論 的 敘 述 ， 何 者 錯 誤 ？ (A) 電 子 在 軌 道 上 運 動 時 具 有 一 定 的 能 量 (B) 電 子 吸 收 能 量 躍 遷 至 較 高 能 階 的 狀 態 叫 做 激 發 態 (C) 電 子 繞 核 作 圓 周 運 動 會 放 出 輻 射，因 此 必 須 不 斷 供 給 能 量 以 維 持 電 子 運 動 (D) 電 子 從 較 高 能 階 回 到 較 低 能 階 時 ， 放 出 能 量 9. 氫 原 子 光 譜 線 ， 紫 外 光 區 第 一 條 明 線 與 第 三 條 明 線 的 頻 率 比 為 何 ？ (A) 2： 3 (B) 3： 6 (C) 4： 12 (D) 4： 5
10. 若 將 氫 原 子 能 階 n＝ 1之 能 量 定 為 0 kJ /mo l， n＝ 3之 能 量 為 32 00 kJ /mol， 則 n＝ 2 之 能 量 為 ：
(A) 800 kJ /mol (B) 1200 kJ /mol (C) 1600 kJ /mol (D) 2700 kJ /mol 11. 有 關 氫 原 子 譜 線 系 列 ， 下 列 敘 述 何 者 錯 誤 ？ (A) 當 電 子 由n = 5n = 5! n = 1! n = 1， 最 多 可 產 生 10條 譜 線 (B) 來 曼 系 與 巴 耳 末 系 最 低 能 量 兩 條 光 譜 線 的 波 長 比 為 5 ： 2 7 (C) 巴 耳 末 系 列 放 出 光 的 最 短 波 長 為 3 65n m (D) 巴 耳 末 第 一 條 譜 線 頻 率 為 來 曼 系 第 一 條 譜 線 頻 率 的 1 9 1 9 12. 若 氫 原 子 電 子 從 n ＝ 3能 階 回 到 n ＝ 2 能 階 所 放 出 的 光 之 頻 率 為 ºº，則 氫 原 子 之 電 子 從 n＝ 2能 階 被 游 離 ， 最 少 要 吸 收 多 少 頻 率 的 光 ？ (A) 36 5 º 36 5 º (B) 9 5º 9 5º (C) 99ºº (D) 3636ºº 13. 有 關 波 耳 氫 原 子 理 論 的 敘 述 ， 下 列 何 者 錯 誤 ？ （ 多 選 ） (A) 電 子 繞 核 運 動 ， 如 同 行 星 繞 太 陽 ， 有 一 定 的 軌 道 (B) 電 子 在 原 子 中 之 軌 道 為 圓 形 (C) 電 子 繞 核 的 軌 道 遠 近 ， 可 以 任 意 改 變 (D) 電 子 可 以 吸 收 任 意 頻 率 的 光 ， 躍 遷 至 不 同 的 軌 道 (E) 電 子 繞 核 的 軌 道 ， 距 原 子 核 愈 遠 ， 引 力 愈 小 ， 能 量 愈 低 14. 慶 典 時 施 放 煙 火 ， 萬 紫 千 紅 的 色 光 ， 非 常 壯 觀 。 下 列 有 關 煙 火 色 光 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 這 些 色 光 是 利 用 某 些 有 機 染 料 所 造 成 的 (B) 這 些 色 光 是 由 氖 、 氬 等 氣 體 所 造 成 的 (C) 亮 麗 白 光 是 因 鎂 片 燃 燒 所 造 成 (D) 這 些 色 光 是 由 某 些 金 屬 鹽 所 造 成 的 (E) 這 些 色 光 都 是 粒 子 由 激 態 回 到 基 態 時 所 造 成 的 15. 下 列 敘 述 ， 何 者 是 波 耳 原 子 理 論 的 假 設 ？ （ 多 選 ） (A) 電 子 在 繞 核 作 圓 周 運 動 時 ， 因 有 加 速 度 而 放 出 輻 射 能 (B) 電 子 可 以 在 一 組 特 定 能 階 （ 穩 定 狀 態 ） 之 一 存 在 而 不 輻 射 (C) 氫 原 子 只 有 一 個 電 子 ， 氫 原 子 光 譜 只 有 一 條 譜 線 (D) 電 子 由 低 能 階 躍 遷 至 高 能 階 時 ， 吸 收 一 定 頻 率 的 輻 射 能 (E) 必 須 不 斷 供 給 能 量 以 維 持 電 子 在 高 能 階 運 動 16. 當 氣 體 吸 收 300nm 紫 外 光 後 ， 由 基 態 躍 遷 至 激 發 態 。 激 發 態 的 氣 體 輻 射 出 兩 種 光 子 後 回 到 基 態，其 中 一 種 光 子 波 長 760nm，則 另 一 種 光 子 波 長 為 多 少 nm？ Ans： 1.B 2.C 3.B 4.B 5.C 6.A 7.C 8.C 9.D 10. D 11.D 12.B 13.C DE 14.C DE 15.BD 16.¸ =¸ =496nm
1-3 原 子 軌 域 1. 波 耳 理 論 成 功 地 解 釋 了 原 子 光 譜 不 連 續 性 ， 他 對 氫 原 子 光 譜 的 譜 線 頻 率 的 計 算 ， 與 實 驗 十 分 符 合 ； 突 破 了 古 典 理 論 的 框 架 ， 提 出 原 子 定 態 、 能 階 和 能 量 躍 遷 等 重 要 概 念 。 2. 但 波 耳 理 論 不 能 解 釋 其 他 原 子 光 譜 ， 且 並 沒 有 徹 底 擺 脫 古 典 物 理 學 的 束 縛 ， 依 然 認 為 原 子 內 的 電 子 沿 一 定 軌 道 再 原 子 核 的 周 圍 做 圓 周 運 動 。 惟 近 數 十 年 來 。 量 子 力 學 認 為 電 子 具 有 波 動 性 ， 其 運 動 不 再 服 從 牛 頓 力 學 的 規 律 ， 而 遵 循 波 動 力 學 （ 量 子 力 學 ） 的 規 律 。 3. 依 照 量 子 力 學 觀 點 ， 電 子 既 是 帶 電 微 粒 ， 又 是 波 ， 當 其 繞 原 子 核 運 動 ， 時 而 在 這 裡 出 現 ， 時 而 又 在 那 裡 出 現 ， 沒 有 固 定 的 軌 道 ， 也 不 能 計 算 或 測 定 它 在 某 一 時 刻 的 位 置 ， 而 只 能 用 統 計 的 方 法 去 認 識 一 個 電 子 在 核 外 空 間 某 個 區 域 出 現 的 機 會 大 小 ， 這 在 數 學 上 叫 做 機 率 。 在 一 定 時 間 內 ， 有 些 地 方 出 現 的 機 率 較 大 ， 而 在 另 外 一 些 地 方 出 現 的 機 率 較 小 。 如 果 用 小 黑 點 的 多 少 來 表 示 電 子 在 核 外 各 處 出 現 的 機 率 的 大 小 ， 黑 點 多 的 地 方 就 是 電 子 出 現 機 率 大 的 地 方 ， 黑 點 少 的 地 方 就 是 電 子 出 現 機 率 少 的 地 方 ， 電 子 在 核 外 空 間 各 處 的 不 斷 出 現 ， 就 好 像 『 帶 負 電 的 雲 』 壟 罩 在 原 子 核 的 周 圍 一 樣 ， 所 以 我 們 形 像 地 把 它 稱 作 『 電 子 雲 』， 這 電 子 出 現 的 區 域 就 叫 做 『 軌 域 』。 1-3 .1 量 子 數 科 學 家 使 用 三 個 量 子 數 （ 均 為 整 數 ） 來 描 述 軌 域 ， 分 別 為 主 量 子 數 n、 角 量 子 數 l和 磁 量 子 數 ml。 1. 主 量 子 數 (n)： n ＝ 1 、 2 、 3 … (1) 主 量 子 數 n可 以 決 定 軌 域 大 小 及 能 量 。 n 值 愈 大 ， 表 示 電 子 距 核 愈 遠 ， 能 量 愈 高 。 (2) 主 量 子 數 對 應 的 殼 層 名 稱 主 量 子 數 n 殼 層 名 稱 1 K 2 L 3 M 4 N 5 O 2. 角 量 子 數 (l )（ 又 稱 為 副 量 子 數 ）： l＝ 0、 1、 2 … 、 (n ¡ 1)(n¡ 1)， 共 n個 。 (1) 角 量 子 數 l 可 以 決 定 軌 域 形 狀 及 種 類。每 一 主 層 (n)可 分 成 數 個 副 殼 層 (l )， 不 同 副 層 軌 域 具 有 不 同 的 形 狀 。 (2) 角 量 子 數 0 、 1 、 2 、 3 … 依 序 可 用 英 文 字 母 s 、 p 、 d 、 f … 等 表 示 副 殼 層 的 名 稱 。
(3) l 值 與 軌 域 形 狀 關 係 l 值 0 1 2 3 4 5 軌 域 名 稱 s p d f g h 形 狀 球 形 啞 鈴 形 雙 啞 鈴 形 結 構 太 複 雜 ， 高 中 課 程 不 作 介 紹 專門介紹各種軌域形狀，網址：http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/AOs/1s/index.html (4) 副 殼 層 的 名 稱 由 主 量 子 數 加 上 副 殼 層 的 英 文 字 母 表 示 ， 例 如 ： n ＝ 2、 l ＝ 1 的 副 殼 層 以 2p表 示 。 3. 磁 量 子 數 (ml)： ml＝ ¡l¡l、 ¡l + 1¡l + 1、 … 、 0、 … 、 +l ¡ 1+l ¡ 1、 +l+l， 共 2l + 12l + 1個 。 (1) 磁 量 子 數 描 述 軌 域 在 空 間 的 位 向 ， 與 軌 域 的 能 量 無 關 。 決 定 電 子 在 空 間 分 佈 方 位 及 軌 域 數 目 。 (2) ml表 示 軌 域 的 方 向 ， 或 副 層 的 軌 域 數 。 同 一 副 層 中 的 軌 域 形 狀 相 同 ， 但 在 空 間 上 ， 電 子 雲 的 分 佈 方 向 不 同 。 (3) 有 多 少 個 ml值 ， 就 代 表 此 副 層 有 多 少 個 軌 域 。 例 如 ： l = 1l = 1（ 即 p軌 域 ）， ml=¡1 ml=¡1、 0、 +1有 3個 ml值 ， 表 示 有 3個 軌 域 。 主 殼 層 主 量 子 數 (n) 軌 域 名 稱 副 殼 層 軌 域 數 主 殼 層 中 的 軌 域 總 數 (n2 ) 主 殼 層 中 容 納 的 最 多 電 子 數 (2n2 ) 1 1 s 1 1 2 2 2 s 2 p 1 3 4 8 3 3 s 3 p 3 d 1 3 5 9 18 4 4 s 4 p 4 d 4 f 1 3 5 7 1 6 32
4. 自 旋 量 子 數 (ms)： ms = + 1 2 ms = + 1 2 、 ¡ 1 2 ¡ 1 2 。 (1) 表 示 電 子 自 旋 的 方 向 ， 只 有 + 1 2 + 1 2 、 ¡ 1 2 ¡ 1 2 二 種 方 向 。 (2) 每 個 軌 域 可 容 納 2 個 自 旋 方 向 不 同 的 電 子 。 (3) 欲 描 述 一 個 軌 域 需 要 3 個 量 子 數 (n 、 l 、 ml)就 可 以 ； 欲 描 述 一 個 原 子 中 電 子 狀 態 ， 則 需 要 4個 量 子 數 (n、 l、 ml、 ms)才 完 整 。 5. 結 論：主 量 子 數 n，有 n種 軌 域，共 含 有 n2個 軌 域，最 多 容 納 2n2個 電 子 數（ 因 每 一 個 軌 域 最 多 只 容 納 2個 電 子 ）。 1-3 .2 原 子 軌 域 的 形 狀 1. s 軌 域 ： n≧ 1的 能 階 中 ， 有 1 個 s 軌 域 ， 電 子 雲 對 核 呈 球 形 對 稱 ， 在 離 核 某 距 離 r處 尋 獲 s電 子 的 機 率 在 各 方 向 上 均 相 同，即 在 空 間 某 一 點 發 現 電 子 的 機 率 只 決 定 於 該 點 與 核 的 距 離 而 非 方 向 。 (1) 如 1s 軌 域 的 形 狀 是 球 形 對 稱 ， 在 該 形 狀 內 發 現 電 子 的 機 會 很 大 。 偶 爾 也 會 在 距 核 很 遠 處 發 現 電 子 ， 不 過 機 會 極 小 。 (2) n值 愈 大 時，其 球 形 體 積 增 加，電 子 距 離 原 子 核 愈 遠，能 量 愈 高。即 能 階 ： 1s＜ 2s ＜ 3s ＜ … 2. p 軌 域 ： n ≧ 2 的 能 階 中 ， 有 3個 p 軌 域 ， p 軌 域 與 s 軌 域 不 同 在 於 p 軌 域 具 有 方 向 性 。 每 個 p 軌 域 為 對 稱 於 核 的 啞 鈴 形 ， 分 別 在 x、 y、 z 軸 上 ， 因 此 分 別 稱 為 px、 py、 pz， 三 者 互 相 垂 直 成90°。 (1) 同 一 主 量 子 數 (n ≧ 2 )所 具 有 的 三 個 p 軌 域 的 能 量 完 全 相 同 。 (2) 主 量 子 數 n 值 愈 大 的 p 軌 域 ， 電 子 距 核 也 較 遠 ， 能 量 也 較 高 。 如 3p 電 子 離 核 較 2p 電 子 遠 ， 能 量 亦 是 3p 電 子 高 於 2p 電 子 。 3. d 軌 域 ： 在 n≧ 3的 能 階 中 ， 有 5 個 d 軌 域 。 4. f 軌 域 ： 在 n ≧ 4 的 能 階 中 ， 有 7個 f 軌 域 。 5. 軌 域 的 能 量 ： (1) 對 只 含 一 個 電 子 的 原 子 （ 即 H ） 或 離 子 （ 如 HeHe++、 LiLi2+2+） 而 言 ： 電 子 能 量 僅 由 n值 決 定 ， 即 在 同 一 殼 層 中 ， 能 階 均 相 等 ， 即 ns＝ np＝ nd＝ nf＝ … 。 1s＜ 2s ＝ 2p＜ 3s ＝ 3 p＝ 3d＜ 4s＝ 4p ＝ 4d＝ 4f＜ 5s ＝ 5p… (2) 多 電 子 原 子 的 能 階 高 低 次 序，由 主 量 子 數 n與 副 殼 層 同 時 決 定。當 主 量 子
數 n與 副 殼 層 無 法 決 定 時 ， 才 由 n值 決 定 之 。 即 在 同 一 主 殼 層 中 ， 其 能 階 高 低 次 序 為 ： s＜ p＜ d＜ f＜ … 。 1s＜ 2s ＜ 2p＜ 3s ＜ 3 p ＜ 4s ＜ 3d＜ 4p ＜ 5s ＜ 4d ＜ 5 p＜ 6s ＜ 4 f＜ … 1s 2s 2p 3s 3p 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 6f 6g 6h 3d 5g 7s 7p 7d 7f 8s 8p 8d 8f =================================================================================== [範 例 11]下 列 電 子 副 殼 層 不 存 在 的 是 ？ （ 多 選 ） (A) 2d (B) 3f (C) 6s (D) 5p (E) 8p 答 案 ： (AB) 當 主 量 子 數nn¸ 3¸ 3時 ， 才 開 始 出 現 d軌 域 ， 所 以 無 2d軌 域 。 當 主 量 子 數nn¸ 4¸ 4時 ， 才 開 始 出 現 f軌 域 ， 所 以 無 3f軌 域 。 [範 例 12]下 列 何 組 量 子 數 沒 有 意 義 ？ （ 多 選 ） (A) (2 ; 1 ; ¡1 ; 1 2 ) (2 ; 1 ; ¡1 ; 1 2 ) (B) (3 ; 1 ; ¡1 ; ¡ 1 2 ) (3 ; 1 ; ¡1 ; ¡ 1 2 ) (C) (2 ; 0 ; ¡1 ; ¡ 1 2 ) (2 ; 0 ; ¡1 ; ¡ 1 2 ) (D) (3 ; 2 ; 1 ; 1)(3 ; 2 ; 1 ; 1) (E) (1 ; 1 ; 1 ; ¡ 1 2 ) (1 ; 1 ; 1 ; ¡ 1 2 ) 答 案 ： (CDE) 原 子 軌 域 由 3個 量 子 數 描 述 ， 此 3個 量 子 數 彼 此 間 層 層 節 制 ： 主 量 子 數 n（nn¸ 1¸ 1的 正 整 數 ）)) 角 動 量 量 子 數 l（ l = 0 ; 1 ; 2 ; ¢ ¢ ¢ ; n ¡ 1l = 0 ; 1 ; 2 ; ¢ ¢ ¢ ; n ¡ 1）)) 磁 量 子 數 mmll（ mmll = ¡l ; ¡l + 1 ;= ¡l ; ¡l + 1 ; ¢ ¢ ¢ ; ¡1 ; 0 ; +1 ; ¢ ¢ ¢ ; l ¡ 1 ; l ¢ ¢ ¢ ; ¡1 ; 0 ; +1 ; ¢ ¢ ¢ ; l ¡ 1 ; l） 共 2l + 12l + 1個 mmll值 。 第 4個 量 子 數 為 旋 量 子 數 mmss在 描 述 電 子 的 自 旋 方 向 ， ms = ¡ 1 2 ; + 1 2 ms = ¡ 1 2 ; + 1 2 量 子 數 組 合 (n ; l ; m(n ; l ; mll; m; mss))： (C)(2 ; 0 ; ¡1 ; ¡ 1 2 ) (2 ; 0 ; ¡1 ; ¡ 1 2 )， 當 l = 0l = 0時 ，mmll = 0= 0。 (D)(3 ; 2 ; 1 ; 1)(3 ; 2 ; 1 ; 1)， 第 4個 為 旋 量 子 數 mmss只 有 ¡ 1 2 ¡1 2或 + 1 2 +1 2。 (E)(1 ; 1 ; 1 ; ¡ 1 2 ) (1 ; 1 ; 1 ; ¡ 1 2 )， 當n = 1n = 1時 ， l = 0l = 0。
[範 例 13]依 原 子 軌 域 理 論 ， 當 氫 原 子 為 基 態 時 ， 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？ (A) 電 子 只 能 在 半 徑 為 0 .53Å之 圓 周 上 運 轉 (B) 電 子 只 能 在 半 徑 為 0 .53Å之 球 面 上 運 轉 (C) 電 子 只 能 在 半 徑 為 0 .53Å的 球 面 之 內 運 轉 (D) 電 子 可 以 出 現 在 距 原 子 核 0 .53Å以 外 的 空 間 答 案 ： (D) 氫 原 子 在 基 態 時 ， 電 子 出 現 機 率 最 大 處 位 在 半 徑 0.53Å之 球 面 上 。 電 子 也 有 可 能 出 現 在 0.53Å的 球 面 之 內 或 0.53Å以 外 的 空 間，只 是 出 現 機 率 極 低（ 甚 至 趨 近 0）。 [範 例 14]依 現 代 原 子 模 型 ， 描 述 原 子 結 構 時 ， 下 列 敘 述 哪 些 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) n愈 大 ， 軌 域 的 範 圍 愈 大 (B) 副 殼 層 能 量 大 小 順 序 為 ： 4 s＞ 4p ＞ 4d ＞ 4 f (C) n＝ 3 的 主 層 中 ， 共 含 有 6個 軌 域 (D) n＝ 3的 主 層 中 ， 最 多 可 容 納 18個 電 子 答 案 ： (AD) (B) 單 電 子 原 子 或 離 子 的 副 殼 層 能 量 大 小 順 序 為 ： 4s = 4p = 4d = 4f4s = 4p = 4d = 4f 多 電 子 原 子 的 副 殼 層 能 量 大 小 順 序 為 ： 4s < 4p < 4d < 4f4s < 4p < 4d < 4f (C) n = 3n = 3的 主 殼 層 中，含 有 3種 形 狀 軌 域（ 副 層 軌 域 3s ; 3p ; 3d3s ; 3p ; 3d），共 有 9個 軌 域 數 目 （ nn22 ))1 + 3 + 5 = 31 + 3 + 5 = 322）。 主 量 子 數 n， 有 n種 軌 域 ， 共 含 有 n2個 軌 域 ， 最 多 容 納 2n2個 電 子 數 （ 因 每 一 個 軌 域 最 多 只 容 納 2個 電 子 ）。 [範 例 15] 3p 表 示 ？ (A) p 電 子 有 三 個 副 殼 層 (B) 第 三 層 的 p 副 殼 層 (C) p 副 殼 層 的 電 子 有 三 個 伸 展 方 向 (D) 以 上 都 不 對 答 案 ： (B) 軌 域 符 號 3p的 3為 主 量 子 數 ， p為 角 動 量 量 子 數 l = 1l = 1（ 副 殼 層 軌 域 ）， 故 「 3p」 為 第 3主 殼 層 上 的 p副 殼 層 軌 域 。
練 習 題 ： 1. 有 關 波 耳 電 子 結 構 理 論 的 下 列 敘 述 何 者 錯 誤 ？ (A) 電 子 從 高 能 階 回 到 較 低 能 階 ， 放 出 能 量 (B) 電 子 吸 收 能 量 躍 遷 至 較 高 能 階 的 狀 態 叫 做 激 發 態 。 (C) 電 子 在 n ＝ 0 的 軌 道 時 ， 所 具 有 的 能 量 最 小 (D) 電 子 在 軌 道 上 運 動 時 ， 具 有 一 定 的 能 量 2. 根 據 量 子 力 學 的 理 論 ， 下 列 各 項 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ (A) 利 用 分 光 儀 ， 可 以 測 定 電 子 運 行 軌 跡 (B) 氫 原 子 光 譜 ， 是 一 種 連 續 光 譜 (C) 氫 原 子 的 軌 域 ， 在 主 量 子 數 等 於 3 以 內 者 ， 共 有 14 個 (D) 2p軌 域 與 3p 軌 域 之 方 向 性 不 同 3. 假 設 原 子 核 在 (x ; y ; z) = (0 ; 0 ; 0)(x ; y ; z) = (0 ; 0 ; 0)原 點 座 標 上，若 px軌 域 電 子 出 現 在 座 標 (a ; 0 ; 0)(a ; 0 ; 0)處 的 機 率 為 1:0 £ 101:0 £ 10¡¡55， 則 在 (0 ; a ; 0)(0 ; a ; 0)處 發 現 p x軌 域 電 子 出 現 的 機 率 若 干 ？ (A) 1 (B) 0 (C) 1.0×10− 5 (D) 100 4. 下 列 關 於 s 軌 域 的 敘 述 ， 何 者 錯 誤 ？ (A) 為 球 形 對 稱 (B) 同 一 球 面 上 各 點 ， 電 子 出 現 的 機 率 相 等 ， 而 與 電 子 在 空 間 的 方 向 無 關 (C) n愈 大 ， s軌 域 的 半 徑 愈 大 (D) 每 一 主 殼 層 只 能 有 一 個 s軌 域 (E) 電 子 運 行 於 圓 形 的 軌 道 5. 下 列 關 於 原 子 軌 域 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ (A) 氫 原 子 的 3s 軌 域 能 量 較 3d軌 域 能 量 低 (B) 氧 原 子 的 3s 與 5 s軌 域 皆 為 球 形 分 佈 (C) 基 態 碳 原 子 的 2 p軌 域 ， 最 多 可 容 納 10 個 電 子 (D) 主 層 n＝ 4的 原 子 軌 域 最 多 可 容 納 16個 電 子 6. 對 H及 He原 子 軌 域 能 量 ， 其 大 小 順 序 均 屬 正 確 者 為 何 ？ (A) 3p＞ 3s (B) 4d＞ 5s (C) 6s＞ 5d (D) 5p＞ 4d 7. 下 列 有 關 軌 域 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 對 氫 原 子 而 言 ， 相 同 n 值 軌 域 能 階 相 同 (B) 各 n值 皆 有 一 球 形 對 稱 軌 域 ， 稱 為 ns 軌 域 ， n 值 愈 大 ， n s軌 域 之 電 子 離 原 子 愈 遠 (C) 主 量 子 數 n之 軌 域 總 數 為 2n2個 (D) 凡 是 n＞ 1的 能 階 均 含 有 3個 p軌 域 (E) 依 據 量 子 力 學 可 知 ， 電 子 在 原 子 內 運 行 的 軌 跡
8. 下 列 關 於 原 子 軌 域 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 量 子 力 學 中 ， 用 3種 量 子 數 (n、 l、 ml)來 描 述 原 子 軌 域 (B) p軌 域 呈 球 形 對 稱 (C) 3p軌 域 的 角 量 子 數 ＝ 1 (D) n＝ 3的 主 層 中 ， 共 有 5個 3 f軌 域 (E) n＝ 2的 主 層 中 ， 共 有 3個 2p軌 域 9. 關 於 np 軌 域 ， 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) np軌 域 有 三 個 軌 域 (B) 軌 域 可 表 示 電 子 在 空 間 出 現 的 機 率 (C) 軌 域 能 量 px＞ py＞ pz (D) n值 愈 大，np 軌 域 中 的 軌 域 個 數 愈 多 (E) n值 愈 大 np 軌 域 的 能 量 愈 高 10. 關 於 2p軌 域 ， 下 列 敘 述 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 2p軌 域 有 三 個 軌 域 (B) 每 個 2p軌 域 均 呈 啞 鈴 形 (C) 軌 域 間 彼 此 相 互 垂 直 (D) 1s軌 域 能 量 高 於 2p 軌 域 (E) 各 個 軌 域 的 能 量 相 等 (px＝ py＝ pz) 11. 下 列 有 關 軌 域 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 任 一 原 子 軌 域 能 量 皆 為 npnpxx= np= npyy = np= npzz (B) M層 共 有 9個 軌 域 (C) 對 於 多 電 子 原 子 軌 域 ， 能 階 大 小 順 序 必 定 nf > nd > np > nsnf > nd > np > ns (D) 每 一 層 d軌 域 ， 最 多 可 容 納 1 0個 電 子 (E) n愈 大 ， s軌 域 的 半 徑 愈 大 12. 對 於 多 電 子 原 子 而 言 ， 下 列 軌 域 能 量 大 小 何 項 正 確 ？ （ 多 選 ） (A) 5s＞ 5p (B) 6s＞ 5p (C) 6p＞ 5f (D) 6d＞ 6f (E) 7s＞ 6p 13. 『 np 』符 號 表 示 (1 )， 它 的 電 子 雲 的 形 狀 呈 (2)， 電 子 雲 的 伸 展 方 向 有 (3)種 。 因 此 含 (4)個 軌 域 ， 這 些 軌 域 的 符 號 分 別 記 為 (5)。
Ans： 1.C 2.C 3.B 4.E 5.B 6.D 7.ABD 8.AC E
9.ABE 10.ABCE 11.ABC DE 12.BE
1-4 電 子 組 態 原 子 中 的 電 子 佔 有 軌 域 的 方 式 ， 稱 為 電 子 組 態 。 表 示 方 式 ： 1. 是 將 電 子 佔 有 的 軌 域 依 主 量 子 數 及 能 量 由 低 而 高 的 次 序 寫 下 ， 再 將 各 軌 域 的 電 子 數 寫 在 右 上 角 。 2. 例 如 氫 原 子 的 基 態 ， 只 有 一 個 電 子 佔 有 1s 軌 域 ， 所 以 其 電 子 組 態 記 為 1 s1。 一 、 原 子 的 電 子 組 態 多 電 子 原 子 的 基 態 電 子 組 態 ， 須 遵 循 三 項 定 則 ： 1. 遞 建 原 理 ： 電 子 佔 有 軌 域 是 由 低 能 階 到 高 能 階 。 2. 包 立 不 相 容 定 理 ： 每 一 個 軌 域 最 多 能 容 納 兩 個 電 子 ， 且 這 兩 個 電 子 的 自 旋 方 向 必 相 反 。 即 同 一 個 原 子 中 ， 任 兩 個 電 子 不 會 有 完 全 相 同 的 四 個 量 子 數 。 (1) 兩 電 子 自 旋 方 向 相 反 （ 允 許 ）： ↑↓。 (2) 兩 電 子 自 旋 方 向 相 同 （ 不 允 許 ）： ↑↑或 ↓↓。 3. 洪 德 定 則 ： 數 個 電 子 填 入 相 同 副 殼 層 的 數 個 軌 域 時 ， 例 如 2px、 2py、 2pz， 會 以 相 同 的 自 旋 方 式 分 別 填 入 各 個 軌 域 ， 當 所 有 軌 域 均 半 填 滿 後 ， 才 允 許 自 旋 方 向 相 反 的 電 子 再 填 入 而 成 對 ， 這 樣 的 電 子 排 列 方 式 能 得 到 最 低 的 能 量 狀 態 。 即 數 個 電 子 要 進 入 同 能 階 的 同 型 軌 域 時 ， 會 形 成 最 多 數 的 半 填 滿 軌 域 。 (1) p軌 域 有 2個 電 子 ， 則 p 軌 域 電 子 排 列 為 ： ↑ ↑ 。 (2) p軌 域 有 3個 電 子 ， 則 p軌 域 電 子 排 列 為 ： ↑ ↑ ↑ 。 (3) p軌 域 有 4個 電 子 ， 則 p軌 域 電 子 排 列 為 ： ↑↓ ↑ ↑ 。 (4) p軌 域 有 5個 電 子 ， 則 p軌 域 電 子 排 列 為 ： ↑↓ ↑↓ ↑ 。 (5) p軌 域 有 6個 電 子 ， 則 p軌 域 電 子 排 列 為 ： ↑↓ ↑↓ ↑↓。 Ψ 電 子 組 態 的 實 例 ： 1. 7N＝ 2 2 1 1 1 x y z 1s 2s 2p 2p 2p ＝ 2 2 3 1s 2s 2p 2. 8O＝ 2 2 2 1 1 x y z 1s 2s 2p 2p 2p ＝1s 2s 2p （ 亦 可 記 為2 2 4 1s 2s 2p 2p 2p 或2 2 1x 2y 1z 1s 2s 2p 2p 2p ） 2 2 1x 1y 2z 3. 1 0Ne＝ 2 2 2 2 2 x y z 1s 2s 2p 2p 2p ＝ 2 2 6 1s 2s 2p 4. 1 1Na ＝ 2 2 2 2 2 1 x y z 1s 2s 2p 2p 2p 3s ＝1s 2s 2p 3s ＝2 2 6 1 1 [Ne]3s ， 內 層 電 子 組 態1s 2s 2p 與 Ne2 2 6 的 組 態 相 同 ， 以 [Ne]表 示 。 5. 1 4Si＝ 2 2 2 2 2 2 1 1 0 x y z x y z 1s 2s 2p 2p 2p 3s 3p 3p 3p ＝1s 2s 2p 3s 3p ＝2 2 6 2 2 2 2 [Ne]3s 3p 6. 1 7Cl＝ 2 2 2 2 2 2 2 2 1 x y z x y z 1s 2s 2p 2p 2p 3s 3p 3p 3p ＝1s 2s 2p 3s 3p ＝2 2 6 2 5 2 5 [Ne]3s 3p 7. 1 8Ar＝ 2 2 2 2 2 2 2 2 2 x y z x y z 1s 2s 2p 2p 2p 3s 3p 3p 3p ＝1s 2s 2p 3s 3p ＝2 2 6 2 6 [Ne]3s 3p 2 6 8. 1 9K＝ 2 2 6 2 6 1 1s 2s 2p 3s 3p 4s ＝ 1 [Ar]4s 9. 2 1Sc＝ 2 2 6 2 6 2 1 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d ＝1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s ＝2 2 6 2 6 1 2 1 2 [Ar]3d 4s 10. 3 1Ga＝ 2 2 6 2 6 10 2 1 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p ＝ 10 2 1 [Ar]3d 4s 4p 11. 3 6Kr＝ 2 2 6 2 6 10 2 6 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p ＝[Ar]3d 4s 4p 10 2 6 依能階高低順序填入 依軌域內外層順序(正確寫法)
Ψ 價 電 子 與 內 層 電 子 ： 1. 原 子 間 利 用 其 外 層 電 子 的 得 失 或 共 用 而 產 生 化 學 鍵 ， 這 些 外 層 電 子 稱 為 價 電 子 。 2. 能 量 較 價 殼 層 低 的 能 階 稱 為 內 層 ， 其 中 的 電 子 稱 為 內 層 電 子 （ 又 稱 為 核 心 電 子 ）， 基 態 原 子 的 內 層 永 遠 是 填 滿 的 組 態 。 (1) 1 1Na＝ 1s22s22p63s1的 價 電 子 為 3s1， 而 1s22s22p6稱 為 內 層 電 子 。 (2) 2 5Mn的 價 電 子 為 3d54s2， 1s22s22p63s23p6稱 為 內 層 電 子 。 元 素 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 各 元 素 基 態 時 之 電 子 組 態 備 註 1H 1 1s1 第 一 週 期 2He 2 1s2 價 軌 域 全 滿 3Li 2 1 1s22s1 第 二 週 期 4Be 2 2 1s22s2 5B 2 2 1 1s22s22p1 6C 2 2 2 1s22s22p2 7N 2 2 3 1s22s22p3 8O 2 2 4 1s22s22p4 9F 2 2 5 1s22s22p5 1 0Ne 2 2 6 1s22s22p6 價 軌 域 全 滿 1 1Na 2 2 6 1 1s22s22p63s1 第 三 週 期 1 2Mg 2 2 6 2 1s22s22p63s2 1 3Al 2 2 6 2 1 1s22s22p63s23 p1 1 4Si 2 2 6 2 2 1s22s22p63s23 p2 1 5P 2 2 6 2 3 1s22s22p63s23 p3 1 6S 2 2 6 2 4 1s22s22p63s23 p4 1 7Cl 2 2 6 2 5 1s22s22p63s23 p5 1 8Ar 2 2 6 2 6 1s22s22p63s23 p6 價 軌 域 全 滿 1 9K 2 2 6 2 6 1 1s22s22p63s23p64s1 第 四 週 期 2 0Ca 2 2 6 2 6 2 1s22s22p63s23p64s2 2 1Sc 2 2 6 2 6 2 1 1s22s22p63s23p63d14s2 價電子填入3d4s 2 2Ti 2 2 6 2 6 2 2 1s22s22p63s23p63d24s2 2 3V 2 2 6 2 6 2 3 1s22s22p63s23p63d34s2 2 4Cr 2 2 6 2 6 1 5 1s22s22p63s23p63d54s1 電 子 組 態 特 殊 2 5Mn 2 2 6 2 6 2 5 1s22s22p63s23p63d54s2 2 6Fe 2 2 6 2 6 2 6 1s22s22p63s23p63d64s2
元 素 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 各 元 素 基 態 時 之 電 子 組 態 備 註 2 7Co 2 2 6 2 6 2 7 1s22s22p63s23p63d74s2 2 8Ni 2 2 6 2 6 2 8 1s22s22p63s23p63d84s2 2 9Cu 2 2 6 2 6 1 10 1s22s22p63s23p63d1 04s1 電 子 組 態 特 殊 3 0Zn 2 2 6 2 6 2 10 1s22s22p63s23p63d1 04s2 3 1Ga 2 2 6 2 6 2 10 1 1s22s22p63s23p63d1 04s24p1 3 2Ge 2 2 6 2 6 2 10 2 1s22s22p63s23p63d1 04s24p2 3 3As 2 2 6 2 6 2 10 3 1s22s22p63s23p63d1 04s24p3 3 4Se 2 2 6 2 6 2 10 4 1s22s22p63s23p63d1 04s24p4 3 5Br 2 2 6 2 6 2 10 5 1s22s22p63s23p63d1 04s24p5 3 6Kr 2 2 6 2 6 2 10 6 1s22s22p63s23p63d1 04s24p6 價 軌 域 全 滿 =================================================================================== [範 例 16]在 第 二 週 期 元 素 中 ， 只 有 一 個 未 成 對 電 子 的 元 素 有 ？ (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 種 答 案 ： (C) 有 3個 元 素 ， 分 別 是3Li : 1s22s1 3Li : 1s22s1，55B : 1sB : 1s222s2s222p2p11，99F : 1sF : 1s222s2s222p2p55。 [範 例 17]原 子 的 電 子 組 態 中 ， 若 一 軌 域 僅 含 一 個 電 子 ， 則 此 原 子 具 有 一 個 未 配 對 電 子 。 例 如 氫 原 子 有 一 個 未 配 對 電 子 。 試 問 氮 氣 態 原 子 ， 於 基 態 時 ， 其 未 配 對 電 子 數 和 下 列 何 者 相 同 ？ （ 93指 考 ） (A) 硼 (B) 碳 (C) 釩 (D) 鈦 (E) 鎳 答 案 ： (C) 7N : 1s22s22p3 7N : 1s22s22p3有 3個 未 配 對 電 子 。 23V : [Ar] 3d34s2 23V : [Ar] 3d34s2在 3d軌 域 上 有 3個 未 配 對 電 子 。 5B : 1s22s22p1 5B : 1s22s22p1有 1個 未 配 對 電 子，66C : 1sC : 1s222s2s222p2p22有 2個 未 配 對 電 子，2222Ti : [Ar] 3dTi : [Ar] 3d224s4s22有 2 個 未 配 對 電 子 ，2828Ni : [Ar] 3dNi : [Ar] 3d884s4s22有 2個 未 配 對 電 子 。 [範 例 18]有 一 位 同 學 畫 出 了 以 下 五 個 碳 原 子 的 電 子 組 態 表 示 式 ： (A) (B) (C) (D) (E) 試 分 析 上 述 各 式 那 個 對 、 那 個 錯 ， 並 指 出 錯 誤 的 原 因 。 (A) 違 反 遞 建 原 理 的 激 發 態 。 (B)違 反 洪 德 定 則 的 激 發 態 。 (C) 違 反 包 立 不 相 容 原 理 ， 此 組 態 不 存 在 。 (D)正 確 的 基 態 電 子 組 態 。 (E)違 反 洪 德 定 則 的 激 發 態 。
[範 例 19]下 列 那 些 電 子 組 態 違 反 包 立 不 相 容 原 理 ？ （ 多 選 ） (A) 1s22s22p5 (B) 1s22s22p63s3 (C) 1s22s22p63s23p64s23d1 2 (D) 1s22s22p63s23p8 (E) 1s22s22p63s1 答 案 ： (BCD) Ψ 遞 建 原 理 的 例 外 ： 依 照 遞 建 原 理 來 寫 原 子 的 電 子 組 態 ， 大 部 分 均 可 以 寫 出 正 確 的 基 態 電 子 排 列 。 但 是2 4Cr 依 遞 建 原 理 排 列 為 [Ar]3d44s2， 但 實 驗 證 據 顯 示 正 確 的 組 態 應 該 是
[Ar]3d54s1；2 9Cu的 基 態 電 子 組 態 則 是 [ Ar]3d1 04s1， 而 不 是 [Ar]3d94s2。
1. 洪 德 定 則 的 結 果 顯 示 半 填 滿 或 全 填 滿 的 副 層 會 增 加 安 定 度 ， 3d 和 4s 軌 域 的 能 量 相 當 接 近 ， 但 是 當 3d軌 域 全 部 半 填 滿 或 全 填 滿 時 ， 使 原 子 能 量 降 低 。 2. 鉻 (2 4Cr)的 基 態 電 子 組 態 為 [Ar]3d54s1， 而 不 是 [Ar]3d44s2， 示 意 如 下 ： 3d 4s 正 確 [Ar] ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ 能 量 較 低 不 正 確 [Ar] ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓
3. 銅 (2 9Cu)的 基 態 電 子 組 態 為 [Ar]3d1 04s1， 而 不 是 [Ar]3d94s2。
3d 4s 正 確 [Ar] ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 能 量 較 低 不 正 確 [Ar] ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ =================================================================================== [範 例 20]下 列 哪 一 個 示 意 圖 是 基 態 鉻 原 子 的 電 子 組 態 ？ （ 92指 考 ） (A) (B) (C) (D) (E) 答 案 ： (E) 原 子 序11» 30» 30的 原 子 中 ，24Cr : [Ar] 3d54s1
24Cr : [Ar] 3d54s1與2929Cu : [Ar] 3dCu : [Ar] 3d10104s4s11係 違 反 遞 建 原 理 的 例 外
二 、 離 子 的 電 子 組 態 1. 陽 離 子 的 組 態 ， 係 從 中 性 原 子 的 電 子 組 態 去 掉 電 子 ， 去 掉 電 子 必 須 從 外 層 電 子 移 去 。 (1) 1 9K＝ 1s22s22p63s23p64s1， 其 陽 離 子1 9K+＝ 1s22s22p63s23p6。 (2) 2 4Cr＝ [Ar]3d54s1， 其 陽 離 子2 4Cr3+＝ [Ar]3d3。 2. 陰 離 子 的 組 態 ， 係 從 中 性 原 子 的 電 子 組 態 加 入 電 子 ， 加 入 電 子 必 須 從 能 量 較 低 的 能 階 填 入 。 1 7Cl＝ 1s22s22p63s23p5， 其 陰 離 子1 7Cl−＝ 1s22s22p63s23p6。 Ψ 八 隅 體 規 則 ： 元 素 或 化 合 物 中 ， 組 成 粒 子 其 核 外 的 價 電 子 組 態 ， 與 其 鄰 近 惰 性 氣 體 電 子 組 態 相 同 時 ， 將 呈 現 最 安 定 狀 態 ， 此 稱 為 八 隅 體 規 則 。 1. 一 般 的 金 屬 原 子 其 最 外 層 電 子 通 常 少 於 4個 ， 比 較 容 易 失 去 電 子 以 達 成 八 隅 體 的 結 構，而 成 為 陽 離 子，其 離 子 的 電 子 組 態 與 前 一 週 期 的 惰 性 氣 體 相 同 。 (1) 1 9K+＝ 1s22s22p63s23p6（ 與1 8Ar相 同 ）。 (2) 1 2Mg2+＝ 1s22s22p6（ 與1 0Ne相 同 ）。 2. 非 金 屬 原 子 其 最 外 層 電 子 常 多 於 4 個 ， 通 常 會 得 到 電 子 以 達 8 個 電 子 ， 使 其 離 子 的 電 子 組 態 與 同 週 期 的 惰 性 氣 體 相 同 。 (1) 1 7Cl−＝ 1s22s22p63s23p6（ 與1 8Ar相 同 ）。 (2) 3 5Br−＝ 1s22s22p63s23p63d1 04s24p6（ 與3 6Kr相 同 ）。 =================================================================================== [範 例 21]相 同 電 子 數 的 鎳 原 子 (2 8Ni)與 鋅 離 子 (3 0Zn2 +)， 試 比 較 兩 者 的 電 子 組 態 ？ 28Ni : [Ar] 3d84s2 28Ni : [Ar] 3d84s2 30Zn : [Ar] 3d104s2 ¡ 2e¡ ¡¡¡¡!30Zn2+ : [Ar] 3d10 30Zn : [Ar] 3d104s2 ¡ 2e¡ ¡¡¡¡!30Zn2+ : [Ar] 3d10 [範 例 22]下 列 原 子 或 離 子 何 者 具 有 不 成 對 電 子 ？ (A) 2 8Ni (B) 2 9Cu+ (C) 3 0Zn2+ (D) 1 3Al (E) 1 6S 答 案 ： (ADE) 28Ni : [Ar] 3d84s2 28Ni : [Ar] 3d84s2， ， 3d軌 域 上 有 2個 不 成 對 電 子 。 29Cu+ : [Ar] 3d10 29Cu+ : [Ar] 3d10， ， 3d軌 域 全 填 滿 （ 所 有 軌 域 均 為 成 對 電 子 ）。 30Zn2+ : [Ar] 3d10 30Zn2+ : [Ar] 3d10， 3d軌 域 全 填 滿 （ 所 有 軌 域 均 為 成 對 電 子 ）。 13Al : [Ne] 3s23p1 13Al : [Ne] 3s23p1， ， 3p軌 域 上 有 1個 不 成 對 電 子 。 16S : [Ne] 3s23p4 16S : [Ne] 3s23p4， ， 3p軌 域 上 有 2個 不 成 對 電 子 。
三 、 週 期 表 與 電 子 組 態 西 元 1869 年 俄 國 化 學 家 門 得 列 夫 依 元 素 的 原 子 量 制 定 週 期 表 ， 而 現 今 的 週 期 表 則 修 正 依 原 子 序 排 列 。 1. 週 期 表 中 每 一 橫 列 稱 為 週 期 （ 或 稱 為 列 ）， 原 子 中 最 外 層 電 子 佔 有 第 一 主 殼 層 (n＝ 1) 的 氫 與 氦 稱 為 第 一 週 期 。 佔 有 第 二 主 殼 層 (n＝ 2)的 鋰 ～ 氖 （ 8 個 元 素 ） 稱 為 第 二 週 期 。 (1) 第 一 週 期 ： 最 外 層 電 子 佔 有 1s 軌 域 的 氫 和 氦 兩 元 素 。 (2) 第 二 週 期 ： 外 層 電 子 由 2s1依 序 填 至 2s2 2p6， 共 有 8個 元 素 。 (3) 第 三 週 期 ： 外 層 電 子 由 3s1依 序 填 至 3s2 3p6， 共 有 8個 元 素 。 (4) 第 四 週 期 ： 外 層 電 子 由 4s1依 序 填 至 3d1 0 4s24p6， 共 有 18個 元 素 。 (5) 第 五 週 期 ： 外 層 電 子 由 5s1依 序 填 至 4d1 0 5s25p6， 共 有 18個 元 素 。 (6) 第 六 週 期 ： 外 層 電 子 由 6s1依 序 填至 4f14 5d106s26p6， 共有 32個元素。 (7) 第 七 週 期 ： 外 層 電 子 由 7s1依 序 填至 5f14 6d107s27p6，理論 上 共 有 32個元素，但 是 第 七 週 期 的 元 素 尚 未 完 全 發 現 。 2. 週 期 表 中 每 一 縱 行 （ 直 行 ） 稱 為 族 （ 或 稱 為 行 ）， 共 有 18族 。 國 際 純 粹 及 應 用 化 學 聯 合 會 (IUPAC) 將 各 族 從 左 至 右 定 為 1 ～ 18 族 ， 美 制 從 左 至 右 分 為 Ⅰ A、 Ⅱ A、 Ⅲ B～ Ⅶ B、 Ⅷ B(三 族 )、 Ⅰ B、 Ⅱ B、 Ⅲ A～ Ⅷ A。
(1) 同 一 族 的 元 素，其 價 電 子 數 相 同（ 具 相 似 的 價 電 子 組 態 ），所 以 同 族 元 素， 化 學 性 質 相 似 。 (2) 鹼 金 屬（ IA族 ），比 前 面 的 惰 性 氣 體 多 一 個 電 子，這 個 電 子 的 能 量 特 別 高， 所 以 鹼 金 屬 容 易 失 去 這 個 電 子 ， 形 成+1價 陽 離 子 。 同 理 ， 鹼 土 金 屬 （ IIA 族 ）， 反 應 時 易 形 成+2價 陽 離 子 。 Ψ 元 素 的 分 類 ： 一 般 而 言 ， 週 期 表 上 的 元 素 按 照 其 價 電 子 佔 據 的 軌 域 可 分 為 三 大 類 ： 1. 主 族 元 素 (典 型 元 素 )：週 期 表 上 第 1、2、13、14、15、16、17、18族 元 素 (即 Ⅰ A ～ Ⅷ A族)，包含金屬 與非金屬元素，具有廣大範圍的化學性質與物理性質。 (1) 價 電 子 填 入 s 軌 域 與 p 軌 域 ， 分 別 為 1～ 8個 ， 亦 稱 為 s 區 及 p 區 元 素 。 (2) 價 電 子 數 與 其 所 屬 週 期 表 的 族 數 相 同 ( 除 了 He 之 外 ) ， 其 化 性 與 價 電 子 數 關 係 密 切 。
ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
2. 過 渡 元 素：第 四 週 期 起 價 電 子 填 滿 ns 後，接 著 填 入 能 量 較 高 的 (n−1)d 軌 域 ， 為 週 期 表 的 第 3～ 12族 ， 亦 稱 為 d 區 元 素 。 (1) 過 渡 元 素 都 是 金 屬 元 素 ， 最 外 層 的 ns 及 (n−1)d 電 子 參 與 化 學 反 應 ， 所 以 價 電 子 數 為 ns 及 (n−1)d 的 電 子 數 和 。 (2) 常 生 成 有 顏 色 的 化 合 物 ， 或 具 有 磁 性 ， 有 多 種 氧 化 態 ， 性 質 多 樣 化 。 3. 內 過 渡 元 素 ： 第 六 週 期 從 57 號 元 素 起 ， 價 電 子 填 入 4f 軌 域 ， 形 成 從 鑭 元 素 起 共 15個 元 素 稱 為 鑭 系 元 素。第 七 週 期 從 89號 元 素 起，價 電 子 填 入 5f 軌 域 ， 形 成 從 錒 元 素 起 共 15個 元 素 稱 為 錒 系 元 素 。 (1) 化 性 大 部 分 與 鑭 及 錒 相 似 ， 其 化 合 物 亦 多 呈 顯 著 的 顏 色 。 (2) 多 數 為 人 造 元 素 ， 自 然 界 中 不 存 在 且 具 有 放 射 性 。 =================================================================================== [範 例 23]試 根 據 原 子 於 週 期 表 的 位 置 ， 寫 出 下 列 元 素 之 價 電 子 組 態 ：
(1) Al： [Ne] 3s[Ne] 3s223p3p11（ 第 3週 期 第 13族 ） (2) Ba： [Xe] 6s[Xe] 6s22（ 第 6週 期 第 2族 ）
(3) Br：[Ar] 3d[Ar] 3d10104s4s224p4p55（ 第 4週 期 第 17族 ） (4) Mn：[Ar] 3d[Ar] 3d554s4s22（ 第 4週 期 第 7族 ） (5) Cu： [Ar] 3d[Ar] 3d10104s4s11（ 第 4週 期 第 11族 ）
[範 例 24]元 素 X的 電 子 組 態 為 [3 6Kr]4d1 05s25p2， 則 此 元 素 ？ （ 多 選 ）（ 89日 大 ） (A) 與 碳 在 同 一 族 (B) 位 於 週 期 表 的 第 四 列 (C) 為 一 過 渡 金 屬 (D) 可 與 氯 結 合 成 XCl4的 分 子 (E) 每 個 原 子 中 有 50個 質 子 。 答 案 ： (ADE) 元 素 X的 電 子 組 態 為 [3 6Kr]4d1 05s25p2，該 元 素 位 在 第 五 週 期 第 14族（ 有6C、1 4S i 、 3 2Ge、5 0Sn、8 2Pb）。 價 電 子 5s25p2填 入 s 軌 域 與 p 軌 域 ， 屬 於 主 族 （ 典 型 ） 元 素 。 [ 範 例 25] 利 用 原 子 序 與 週 期 表 的 關 係 ， 對 於 尚 未 被 發 現 的 元 素 Z（ 原 子 序 115）， 可 能 具 有 下 列 何 種 性 質 ？ （ 多 選 ） (A) 屬 於 第 七 週 期 (B) 屬 於 內 過 渡 元 素 (C) 為 Ⅵ A族 (D) 其 價 電 子 組 態 為 5f1 4 6d1 07s27p3 (E) 有 5個 價 電 子 答 案 ： (AE) 第 七 週 期 第 18族 的 原 子 序 為 118， 則 原 子 序 115應 為 第 七 週 期 第 15族 （ 第VAVA族 ） 元 素 ， 電 子 組 態 為 [[86Rn ] 5f146d107s27p3 86Rn ] 5f146d107s27p3， 價 電 子 組 態 為 7s7s227p7p33。 Ψ 電 子 組 態 的 加 強 學 習 1. 元 素 的 化 學 性 質 主 要 是 由 原 子 外 層 電 子 （ 價 電 子 ） 來 決 定 ， 所 以 描 述 原 子 序 較 大 原 子 的 電 子 組 態 時，常 將 內 層 電 子 的 組 態 以 上 一 週 期 鈍 氣 元 素 代 替 。 (1) 鉀 (1 9K)： 1s22s22p63s23p64s1簡 寫 成 [Ar]4s1。 (2) 鈣 (2 0Ca)： 1s22s22p63s23p64s2簡 寫 成 [Ar]4s2。 (3) 鍶 (3 8Sr)： 1s22s22p63s23p63d1 04s24p65s2簡 寫 成 [Kr]5s2。 2. 原 子 序 較 大 的 元 素 ， 雖 然 電 子 開 始 進 入 的 (n−2)f 及 (n−1)d軌 域 能 量 較 高 ， 但 是 電 子 組 態 必 須 按 照 主 量 子 數 排 列 。 (1) 鈦 (2 2Ti)： 電 子 依 軌 域 能 量 高 低 填 入 1s22s22p63s23p64s23d2， 但 是 正 確 電 子 組 態 應 是 1s2 2s22p63s23p63d24s2簡 寫 成 [Ar]3d2 4s2。 3. 絕 大 部 分 的 基 態 電 子 組 態 均 遵 循 三 定 則 （ 遞 建 、 包 立 不 相 容 與 洪 德 定 則 ）， 但 是 少 數 原 子 例 外 ， 如 ： 鉻 (2 4Cr)、 銅 (2 9Cu)。 4. 若 不 符 合 包 立 不 相 容 原 理 ， 其 電 子 組 態 不 存 在 。 若 不 符 合 遞 建 原 理 或 洪 德 定 則 ， 除 少 數 元 素 (Cr、Cu… )外，其 電 子 組 態 為 激 發 態， 激 發 態 之 電 子 組 態 不 穩 定 ， 會 釋 放 能 量 （ 放 光 ）， 回 到 基 態 電 子 組 態 。 (1) 碳 (6C )： 1s22s32p1電 子 組 態 不 存 在 。（ s3組 態 不 存 在 ， 違 反 包 立 不 相 容 ） (2) 碳 (6C )： 1s22s23s2電子組態為激發態。（應先填入2p再填入3s，違反遞建原理） (3) 氧 (8O)： 1s22s2 2 2 x y 2p 2p 電 子 組 態 為 激 發 態 。（ 違 反 洪 德 定 則 ）
練 習 題 ： 1. 某 元 素 X 最 高 能 階 的 3d 軌 域 有 3 個 軌 域 均 填 滿 2 個 電 子 ， 則 該 元 素 X 的 原 子 序 為 ？ (A) 20 (B) 22 (C) 28 (D) 32 2. 原 子 序 32之 元 素 和 下 列 何 者 化 學 性 質 最 為 相 似 ？ (A) 3 0Zn (B) 1 4Si (C) 1 3Al (D) 2 0Ca 3. 一 種 基 態 原 子 ， 最 後 的 電 子 組 態 為 6p2， 則 其 原 子 序 為 ？ (A) 82 (B) 80 (C) 76 (D) 52 4. 某 原 子 基 態 的 電 子 組 態 最 高 能 量 的 軌 域 及 所 含 電 子 數 為 3d6，則 該 原 子 的 原 子 序 為 何 ？ （ 81日 大 ） (A) 26 (B) 24 (C) 22 (D) 20 5. 下 列 原 子 或 離 子 中 ， 何 者 的 電 子 組 態 為 基 態 ？ （ 88日 大 ） (A) 1 2Mg： [Ne]3s1 1 x 3p (B) 6C： [He]2s2 1 1 x y 2p 2p (C) 3 0Zn2 +： [Ar]3d84s2 (D) 2 5Mn： [Ar]3d7 6. 某 中 性 原 子 之 電 子 組 態 為 1s22s22p53s1， 則 下 列 敘 述 何 者 錯 誤 ？ (A) 此 原 子 之 原 子 序 為 10 (B) 此 種 組 態 並 非 最 安 定 者 (C) 此 原 子 應 獲 得 能 量 ， 變 為 1s22s22p6 (D) 此 原 子 的 1s 和 2s軌 域 ， 均 已 填 滿 電 子 7. 某 +2 價 離 子 之 原 子 核 外 電 子 分 佈 如 下 ： n ＝ 1 有 2 個 電 子 、 n ＝ 2 有 8 個 電 子 、 n ＝ 3有 12個 電 子，則 由 該 離 子 所 形 成 之 中 性 原 子 其 基 態 之 電 子 組 態 中，3d軌 域 含 有 多 少 個 電 子 ？ （ 90日 大 ） (A) 0 (B) 1 (C) 4 (D) 5 8. 下 列 各 原 子 或 離 子 ， 何 者 不 具 有 鈍 氣 電 子 組 態 ？ (A) Sc3+ (B) Zn2+ (C) O2− (D) Ca2+ 9. 離 子 X+的 電 子 組 態 為 1s22s22p63s23p6， 則 X元 素 在 週 期 表 中 的 位 置 是 ： (A) 第 三 週 期 Ⅶ B族 (B) 第 三 週 期 Ⅰ A族 (C) 第 四 週 期 Ⅰ A族 (D) 第 四 週 期 Ⅵ A族 10. 根 據 目 前 所 普 遍 被 接 受 的 週 期 表 來 預 測 尚 未 發 現 的 超 鈾 元 素 ， 則 有 關 週 期 表 第 七 列 最 右 一 個 元 素 的 敘 述 ， 何 者 正 確 ？ （ 87日 大 ）（ 多 選 ） (A) 其 性 質 與 鈾 相 似 (B) 其 價 電 子 的 電 子 組 態 應 為 7s27p6 (C) 應 屬 不 具 放 射 性 的 惰 性 氣 體 (D) 中 性 原 子 的 電 子 數 為 116 (E) 其 正 二 價 離 子 的 質 子 數 為 118
11. 下 列 說 法 中 ， 正 確 的 是 ？ （ 多 選 ） (A) 同 一 原 子 中 ， 2p、 3p、 4p副 層 的 軌 域 數 是 依 次 增 多 (B) 同 一 原 子 中 ， 2p、 3p、 4p副 層 離 原 子 核 的 距 離 是 依 次 增 大 (C) 3d的 軌 域 數 不 一 定 比 6p的 多 (D) 3d1表 示 3d副 層 只 有 一 個 軌 域 (E)3p1x表 示 第 三 主 層 px軌 域 上 有 一 個 電 子 12. 下 列 各 原 子 的 電 子 組 態 中 何 者 為 激 發 態 ？ （ 多 選 ） (A) 1s22s21p1 (B) 1s22s23s1 (C) 1s22s23p63d1 (D) 1s22s24f1 (E) 1s22p1 13. 下 列 各 組 物 質 ， 何 組 的 物 質 具 有 相 同 的 電 子 組 態 ？ （ 多 選 ）
(A) F−、 Ne、 Mg2+ (B) F−、 Na、 Al3+ (C) Cl−、 Na+、 Al3+ (D) Cl−、 Ar、 K+ (E) As3−、 S2−、 Cl− 14. 下 列 能 階 之 大 小 關 係 對 於 氫 原 子 與 氧 原 子 均 可 適 用 者 為 何 ？ （ 多 選 ） (A) 4s＝ 4p (B) 4s＜ 3d (C) 3s＜ 4p (D) 2p＜ 3p (E) 7s＞ 6p 15. 某 中 性 原 子 之 電 子 組 態 為 1s22s22p53s1，則 下 列 敘 述，那 些 是 正 確 的 ？（ 多 選 ） (A) 此 原 子 之 原 子 序 為 10 (B) 此 種 組 態 並 非 最 安 定 者 (C) 此 原 子 應 獲 得 能 量 變 為 1s22s22p6組 態 (D) 此 原 子 的 1s 和 2s軌 域 ， 均 已 填 滿 電 子 (E) 此 原 子 為 金 屬 原 子 16. 某 原 子 在 K層 有 2個 電 子 ， L層 有 8個 電 子 ， M層 有 14個 電 子 ， N層 有 2個 電 子 ， 試 計 算 該 原 子 中 的 s電 子 總 數 、 p電 子 總 數 、 d電 子 總 數 各 有 多 少 ？ 17. 某 元 素 原 子 的 電 子 組 態 是 1s22s22p63s23p63d1 04s24p1， 該 原 子 共 有 (1)電 子 層 ， L層 上 有 (2)種 不 同 形 狀 的 電 子 雲 ， M 層 上 有 (3)個 電 子 ， 原 子 核 外 有 (4)個 未 成 對 電 子 ， 該 元 素 的 原 子 序 是 (5)。 18. 第 103號 元 素 Lr(鐒 )其 電 子 組 態 為 [8 6Rn]5f1 46d17s2，科 學 家 發 現 第 107號 元 素 ， 為 紀 念 波 耳 (Niels Bohr)訂元素符號為 Bh，則其電子組態為何？
Ans： 1.C 2.B 3.A 4.A 5.B 6.C 7.D 8.B 9.C
10.BE 11.BE 12.BC DE 13.AD 14.C D
15.ABD 16. (8、12、6 ) 17.(1 )4，(2 )2，(3 )1 8，(4 )1，(5 )31 18.[8 6Rn] 5f1 46d57s2
