第二章 原子結構與性質
科學家一方面進行實驗，觀察物質的組成、性質與其變化，另一方面則根據已發現之 原子構造及相關資料，說明物質的構造與性質。元素是最簡單的物質，僅由一種原子所 組成；而化合物則是由兩種以上原子所組成。截至目前為止，已有112 種元素被發現， 發現個數雖多，但經研究發現，些許類似元素均有其類似特性(規律性)，因此科學家利 用這些規律性，將所有發現的元素排列成現代之週期表，並利用元素性質的變化趨勢 來發現更多之相關訊息。而為什麼這些元素會有如此的性質？即是本章所要探討的重點 2-1 原子結構 於先前的課程中曾經學過有原子的結構及其發現歷史。如，組成物質的最小粒子 是原子，而原子是由原子核與環繞在原子核周遭高速運動的電子所構成。其中， 一.原子結構的發現過程： 1.道耳吞根據質量守恆定律、定比定律而提出原子說。 2.湯木森找出電子的荷質比(西元 1897)： (1)實驗：陰極射線在電場與磁場中的偏轉。 (2)結論：獲得電子的電荷與質量的比值。大約是 1.76 1011 e e m 庫侖仟克 。 (3)實驗裝置：如圖2 1 ( )a 、( )b 、( )c 所示。 圖( )a 證實有粒子或光從陰極，直線進行 圖( )b 證實陰極射線具有質量 圖( )c 在電場、磁場中偏折，證實不是光；再藉由偏折方向，證明是電負電的粒子 圖2 1 陰極射線實驗 3.密力坎測得電子電量(西元 1909)： (1)實驗：利用如圖2 2 的實驗裝置。(2)結果：測得電子電量為1.602 10 19庫侖，並代入湯木生的荷質比，求得電子 質量是 9.11 10 31 e m kg。 圖2 2 油滴實驗的裝置 圖2 3 粒子散射實驗裝置 4.拉塞福發現原子核(西元 1911)： (1)實驗：利用 粒子撞擊金箔，大部分的 粒子都直線通過金箔，只有少部分的 粒子會產生大角度的偏折，甚至有極少部分的 粒子以180o的大角度反射 回來。其實驗裝置如圖2 3 。 (2)結論：建立原子模型。類似太陽系，原子中帶正電的粒子聚集成原子核；直徑 約1014~1015公尺，具有原子絕大部分的質量。電子則略如行星，繞原子核轉 動，而不墜於原子核上。整個原子除了原子核外，幾乎是空的。 5.拉塞福發現質子(西元 1919)： (1) 實 驗 ： 以 粒 子 撞 擊 氮 原 子 核 發 現 質 子 1 1 ( H)。 其 核 反 應 方 程 式 為 4 14 1 17 2He 7N 1H 8O。 (2)結論：由荷質比的測定發現，質子帶一單位的正電荷，其電量為1.602 10 19庫 侖，質量為1.673 10 kg 27 ，約為電子的1836(1840)倍。 6.查兌克發現中子(西元 1932)： (1) 實 驗 ： 以 粒 子 撞 擊 鈹 原 子 核 發 現 中 子 1 0 ( )n 。 其 核 反 應 方 程 式 為 4 9 1 12 2He4Be 0n 6C。 (2)結論：發現中子，中子不帶電，質量為1.675 10 kg 27 ，約為電子的1837(1840) 倍。 1.以
粒子撞擊不同金屬薄片(單位面積的原子數相同)，其散射角最大的是 (A) Fe 26 (B)30Zn (C)29Cu (D)47Ag。 2.欲決定電子質量，需用下列哪些實驗的組合才行？ (甲)拉塞福的 粒子散射實驗(乙) 湯木森的陰極射線實驗(丙)莫士勒的X 射線光譜實驗(丁)密力坎的油滴實驗。 (A)甲乙丙丁 (B)甲乙丙 (C)甲乙丁 (D)乙丁 (E)丙丁。 3.下列有關拉塞福原子核存在的實驗敘述中，正確的有(應選二項) (A)以 粒子撞擊金 箔 (B)證實質子的存在 (C)證實原子核帶正電，且是原子大部分質量的集中所在 (D) 若以鋁箔代替金箔，結果仍然相同 (E)根據此實驗提出核型原子模型。 4.在氣體放電管中，測得 3 2 M 陽離子的荷質比為 3820 庫侖 公克 。求M 的原子量。 5.帶電的粒子不可能具有下列何種電量？ (A) 18 1.28 10 庫 侖 (B) 18 1.44 10 庫 侖 (C) 19 3.20 10 庫侖 (D) 19 5.60 10 庫侖。 6.某生重作密立坎的油滴實驗，觀察到五種不同帶電量的油滴，分別是4.32 10 9、 9 3.84 10 、2.88 10 9、1.44 10 9、9.60 10 e 10 .s.u.(靜電單位)。若測得另一油滴之 電 量 為2.40 10 e 10 .s.u. ， 則 該 油 滴 ， 可 能 附 著 多 少 個 電 子 ？ (A)12 (B)6 (C)5 (D)4。 二.原子結構：所有元素中，只有氫原子沒有中子，其餘元素均有電子、中子與電子。 1.組成原子的基本粒子是質子、中子、電子。 2.原子極為微小，直徑約為1010公尺，其大小與電子運動的空間有關。 2.原子核內含有質子與中子，質子帶正電、中子不帶電。 3.原子核直徑僅約1014~1015公尺，原子核占有原子的大部分質量；但僅佔有極為 小部分的體積。 4.原子核的帶電量為一個電子電量的整數倍，此一倍數即為原子序。
5.電子帶負電，質量約為質子質量的 1840 1 。 6.質子的帶電量與電子帶電量相等，就一個中性原子而言，其質子數與電子數是 相等的。 7.原子核內質子與中子數的和，稱之為質量數。 8.除外尚有其他粒子存在，但在化學研究上，質子、中子及電子這三種基本粒子對 物質的構造已足以給予相當圓滿的解釋。 9.基本粒子的比較，如表 2 1 。 粒子 電子(e、 0 1) 質子( p、11p) 中子(n、01n) 發現者 湯木生(1897) 拉塞福(1911) 查兌克(1932) 電量 1.61019庫侖 1.61019庫侖 0 質量 28 9.11 10 g 1.673 10 g 24 1.675 10g 荷質比 約是質子的1840 倍 遠小於電子 0 表1：原子內三種基本粒子的特性比較 三.原子序與質量數： 1.原子序：原子核所帶的電荷數等於帶正電的質子數，也等於核外的電子數，即為原 子的原子序。 2.質量數：原子核中，質子和中子的質量總和約等於原子量；而原子核中的質子數與 中子數的總和，則稱之為質量數。 3.元素原子的表示法： (1)以 X 表示某元素，則此元素表示為 AX Z 。 (2)若是離子則表示成 陽離子(失去M 個電子)： M N A Z X 。 陰離子(得到M 個電子)： M N A Z X 。 (3)其中，Z 原子序
質子數
中性原子電子數、A質量數
質子數
中子數 Z A 中子數。 四.同位素： (1)定義：具有相同原子序，而質量數不同的原子稱為同位素。 (2)性質： a.相同者有原子序、質子數、電子數與化學性質。 b.不相同的有質量數、中子數與物理性質。 c.常見的同位素，如氫的同位素有：1H 1 、H 2 1 、H 3 1 ；氧的同位素有： O 16 8 、178O、 O 18 8 。 d.化學性質與核電荷及核外電子數有關，故同位素具有相同的化學性質，同位素很難用化學方法分離，而須借助物理的方法。 e.大部分的原子都有同位素的存在。 f.週期表中元素的原子量是各安定同位素原子量的平均值。 7.在197Au 79 中含 (A)79 個質子 (B)197 個中子 (C)79 個電子 (D)質量數 197 (E)中子數 118。 8.對同位素而言，下列性質會相同的有 (A)質量數 (B)電子數 (C)中子數 (D)質子數 (E)化學性質。 9.西元 1994 年 12 月科學家發一種新元素，它的原子核內有 161 個中子，質量數為 272。則該元素的原子序為 (A)433 (B)272 (C)161 (D)111。 10.下列有關
粒子散射實驗結論的敘述中，正確的有 (A)原子的質量集中於原子 核 (B)原子核帶正電 (C)電子帶負電，在核外運動 (D)原子核的半徑約為原子半徑 的 4 10 1 倍 (E)原子的體積大約是原子核體積的1012倍。 11.氯的原子序為 17，原子核中有 18 個中子，則 (1)氯的質量數為 (A)1 (B)17 (C)18 (D)35。 (2)氯原子(Cl)獲得一個電子後變成氯離子(Cl)，則一個氯離子有幾個電子？ (A)1 (B)18 (C)19 (D)36。12.銅有兩種同位素：Cu63的含量為69%，質量為63.0amu，Cu65的含量為 % 31 ，質量為65.0amu。則 (1)其平均原子量是多少？ (2)又有一銅片質量為1.0g，試問其中含多少個銅原子？ 13.下列有關原子結構的敘述中，錯誤的有 (A)原子核雖然很小，但原子大部分的質量 集中於原子核 (B)原子的體積約為原子核體積的1012 ~1015倍 (C)原子核中質子數恆 等於中子數 (D)中性原子中，質子數恆等於電子數。 14.下列有關氫的同位素1H 1 ， H 2 1 ， H 3 1 的敘述中，正確的是 (A)三者均含一個質子 (B)在1H 1 中，原子核就是質子 (C)在 H 1 1 、 H 2 1 、 H 3 1 中所含中子數依次為1、2、3 (D)三者的物理性質相同 (E)三者的原子量相同。 15.下列有關同位素的敘述中，錯誤的是 (A)同位素具有相同的質子數 (B)同位素有相同 的化學性質 (C)同位素具有相同的中子數 (D)同位素的原子核中，質子數不一定等於 中子數。 16.若以 D 表示2H 1 ，而O為 O 16 8 ，則： (1)D2O中有幾個質子、幾個中子？(10、10) (2)D2O的分子量為若干？(20) 17.有關(甲)14X 7 (乙) X 14 6 (丙) X 13 6 (丁) X 12 6 (戊) X 12 5 五種原子的敘述中，正確的是 (A)
甲、乙為同位素 (B)甲、丙含有相同的中子數 (C)丙、丁有相同的電子分布 (D)丙、戊含 有相同的質子數 (E)乙、丙具有相同的化學性質。 18.西元 1994 年 12 月，科學家發現一種新元素，它的原子核內有 161 個中子，質量數 為272，則該元素的原子序為 (A)111 (B)161 (C)272 (D)433 。 19.某元素之元素符號表示成A ZX 表示。則下列敘述中，正確的是 (A)Z是質量數(B)A是 質量數 (C)Z是原子序 (D)Z是原子核所帶的正電荷數 (E)A是原子核中質子數與中 子數的和。 20.下列各項敘述中，不符合拉塞幅的原子模型是 (A)原子是有核的 (B)原子模型類似太 陽系 (C)原子的大部分質量都集中在原子核 (D)帶正電的粒子都集中在極小的範圍內， 大約是 9 6 10 ~ 10 公尺。 21.已知，I 的原子序為53，若127I中，有a個質子、b個中子與c個電子，則a b c (A)179 (B)180 (C)181 (D)182。 22.非金屬溴有同位素的存在，其中一種同位素的原子核含有 35 個質子與 44 個中子， 則另一同位素所含的粒子數可能是 (A)中子 35 個、質子 44 個 (B)中子 46 個、質子 35 個 (C)中子 44 個、質子 79 個 (D)中子 35 個、質子 79 個。
<Homework 2-1> 1.拉塞福用
粒子撞擊金箔的實驗，測出 (A)
粒子的電荷 (B)電子的質量 (C)原子核 的存在 (D)原子的質量。(C) 2.構成物質的最基本粒子是 (A)原子 (B)分子 (C)電子 (D)質子。(A) 3.同位素的原子間，何項不相同？ (A)質子數 (B)中子數 (C)電子數 (D)化學性質。(B) 4.下列四種元素，何者具有奇數個質子和奇數個中子? (A)1H 1 (B) N 14 7 (C) P 31 15 (D) Ag 107 47 。(B) 5.組成原子的基本粒子中，可由一個原子轉移至另一個原子的是 (A)質子 (B)中子 (C)電 子 (D)以上三者皆可。(C) 6.下列關於電子，中子和原子核三者被發現的先後順序，正確的是 (A)電子、中子、原子 核 (B)中子、電子、原子核 (C)電子、原子核、中子 (D)原子核、電子、中子。(C) 7.自然界中，硼有兩種同位素， B10 及 B11 ；其原子量為10.8，則此兩種同位素的含 量比(10B：11B)是多少？ (A)1：2 (B)1：4 (C)1：6 (D)1：10。(B) 8.原子中的質子和中子，存於 內；電子則依 的方式，分佈於原子核外。(原子核、 行星) 9.在一般化學反應，原子核不發生變化，僅涉及 。(電子的轉移) 10.拉塞福的
粒子散射實驗，可解釋下列何種結論？ (A)原子核帶正電 (B)電子帶負電 (C)原子質量集中於原子核 (D)原子核的直徑遠小於原子直徑 (E)原子核內有質子和中 子。(ACD) 11. 已 知 ， m aX 與 bYn具 有 相 同 的 電 子 數 ， 則 a、b、 m、 n的 關 係 式 為 何 ？ (m n b a ) 12.荷質比為粒子電荷與質量比值的絕對值，則下列何種粒子具有較大的荷質比？ (A) 電子 (B)質子 (C)中子 (D)氦原子。(A) 13.從238 92U 蛻變為20682Pb的過程中，共經過幾次的 蛻變與幾次的 蛻變？ (8、6) 14.質子、中子、電子、原子核的發現先後順序為？(電子、原子核、質子、中子) 15.下列有關陰極射線實驗的敘述中，正確的是 (A)陰極射線由陽極射向陰極 (B)陰極射 線會受到電場的吸引而向負極偏轉 (C)陰極射線為直線前進 (D)陰極射線為帶正電的 粒子 (E)湯木生利用陰極射線實驗，測出電子電量與質量。(C) 16.下列與有關原子核的敘述中，正確的有 (A)核反應專守質量守恆定律 (B)若一個質量數為A、原子序為Z的原子，其中子數為Z A (C)核三廠之核能發電與廣島之原子彈 皆為核分裂反應 (D)不同質量數，但在中性時具有相同電子數的原子，可稱之為同位 素 (E)原子核的放射性不受溫度及壓力的影響而改變。(C)(D)(E) 2-2 原子中電子的排列 根據拉塞福的核型原子模型，電子是繞行於核外某些原型軌道上，但以現今我們對原 子結構的了解，電子在核外的運行是沒有固定軌道的，而是在原子核附近的空間作快 速運動，並無法預測其運動軌跡，也無法預測電子下一次出現的地方，只能預測電子 在空間中某一點出現的機率。而在原子核附近，電子出現機率較大的區域，就稱之為軌 域。 這些軌域，若以離原子核的平均距離得遠近來區分，可分成不同的主殼層；分別是第 一層(n1，又叫做K層)、第二層(n2，又叫做L層)、第三層(n3，又叫做M 層)至 第n層，而每一個主層的能量狀態均不相同。 一般而言，n愈大的主殼層，離原子核愈遠，受核的吸引力愈弱，能量狀態愈高，同 時該殼層的範圍愈大，所含的軌域種類、數目也就愈多，可容納的電子數愈多。 而軌域在原子核外的空間做層狀分布，每一層軌域都具有特定的能量，軌域的能量由 低到高排列，猶如階梯一般，稱之為能階。 一.原子核外的電子排列： 1.電子組態： (1)電子在原子核外的分佈情形，稱為電子組態。 (2)電子繞著原子核運轉時，速度非常快，要確認其位置，並不容易。因此，只能根據 其在核外各位置可能出現機率的大小，勾畫其活動範圍，機率較大的部分稱為 軌域，而整個軌域以電子雲的概念表示。 (3)電子在原子核外運動，若以
n
值來區分軌域，則由內而外，分別以1、2、3、4、、來 表示；每一軌域均具有特定的能量，n
值愈大(離原子核愈遠)，軌域的能量愈高；n
值愈小(離原子核愈近)，軌域的能量愈低，也愈安定。我們也可用K(n 1)、 ) 2 (n L 、M(n3)、N(n4)層來表示。 (4)週期表第一列元素的原子有一層電子層(1 )s ，稱之為K層；第二列元素的原子則 有二層電子層(2s、2 )p ，稱之為L層；第三列元素的原子則有三層電子層(3s、 3 p、3 )d ，稱之為M 層；第四列元素的原子則有四層電子層(4s、4 p、4d、4 )f ， 稱之為N 層。 2.電子排列的原則： (1)為使原子得到最大的穩定性，電子的分布，通常先佔有較低的能量層，佔滿後， 再漸次佔有下一能量層。 (2)每一能量層最多能填入2n2個電子。 (3)原子序小於20的元素，在n3時，最多只能有8 個電子。(4)原子序1 ~ 18元素的電子排列示意圖，如圖2 4 。 圖2 4 原子序的原子模型與各層的電子排列情形 1.下列關於電子殼層的敘述中，正確的是 (A)n1的殼層，又稱之為A層 (B)L殼層電 子的能量較M 殼層大 (C)K殼層中最多有4 個電子 (D)N 殼層中最多有32 個電子 (E)M 殼層的電子離核比較近，N殼層的電子離核比較遠。 (5)原子序1 ~ 18元素的各主殼層的電子數，如表2 1 。
表2 1 原子序1 ~ 18元素的各主殼層的電子數 二.價殼層與價電子：在電子排列中，能量最高的一組軌域或者是佔有電子的軌域中最 外層者，稱為價殼層；在價殼層中的電子，稱為價電子。 1.電子佔據軌域趨向於完全填滿，以形成穩定狀態，價電子數較少的元素，容易失去 電子而形成陽離子，價電子數較多的元素則較容易獲得電子而成為陰離子。 2.元素的化學性質與價電子數有關，價電子數相同的元素稱為同族元素，它們具有相 似的化學性質。 3.鈍氣除氦的最外層電子為 2 個外，其餘皆為 8 個電子，它們以穩定的原子狀態呈現。 2.氫原子中的電子會發生轉移而改變其能量狀態。下列各種轉移中，會放出能量的是 (A)由n1至n2 (B)由n2至n4 (C)由n3至n (D)由n3至n1。 3.教學上，有時會用電子點式來表示原子結構。下列各選項中的阿拉伯數字代表質子數、 ( ) 代表原子核所帶的正電荷、( )‧代表核外電子，則下列哪一項代表離子？
4.下列各種電子排列方式中，不可能存在的是 (A)2、3 (B)2、9、4 (C)1、7 (D)2、2、1 。 5.下列有關價電子的敘述中，正確的是 (A)分布於能量最低的殼層 (B)與原子核的距離 最近 (C)與元素的化學性質有關 (D)同族元素必有相同的價電子數 (E)在一般化學反 應中，其數量可能發生變化。 6.西元2006年，美國科學家製造出最新的第118號(即原子序118)超重元素，其最外層 的價電子有8個。則此元素應該被排列在第幾族？ (A)第1族 (B)第8族 (C)第12族 (D) 第18族。 7.在鋁元素13Al的電子排列中，最外層電子位於哪一層？ (A)K層 (B)L層 (C)M 層 (D) N 層。 8.在鋁元素13Al的電子排列中，最外層電子位於哪一層？ (A)K層 (B)L層 (C)M 層 (D) N 層。
9.下列有關元素性質與其電子排列的敘述中，正確的是 (A)碳原子的最外層電子數有6 個 (B)所有鈍氣元素均有相同的最外層電子數 (C)最外層電子數相同的元素，具有類 似的化學性質(氦例外) (D)原子序為9的元素，容易形成陽離子 (E)週期表第二列的 元素均具有相同的最外層電子數，其化學性質也相同。 <Homework 2-2> 1.下列有關電子分布的敘述中，錯誤的是 (A)電子以一定軌道圍繞原子核運動 (B)軌域 是以機率來描述電子出現的區域 (C)目前已可準確測定電子的位置及其動量 (D)電子實 際運動的軌跡，稱為軌域 (E)在原子附近，行星式的模型正可描述電子運動的情形。 2.下列關於價電子的敘述中，錯誤的是 (A)在原子的最外層 (B)在原子的最高能量狀態 (C)最容易發生化學反應的電子 (D)受原子核的吸引力最大。(D) 3.電子是以 為中心，由內而外，漸次分為幾個能量層，分別稱為K(n1)、L(n2) ) 3 (n M 、N(n4)層。愈靠近原子核，所具有的能量愈 ，愈安定；離原子核愈遠， 則能量愈 。(原子核、低、高) 4.某元素原子的電子排列示意圖如右所示，則下列關於該 元素的敘述中，錯誤的是 (A)原子核內有12個質子 (B)原子核內有12個中子 (C)原子核外有12個電子 (D)價電子有2個。(B) 5.下列各選項是不同原子的電子排列示意圖，於常溫、常壓下是以單原子氣體形式存在 的是 (C)
6.下列元素中，具有相同價電子的有 (A)2He (B)4Be (C)10Ne (D)12Mg (E)16S。(A)(B) (D) 7.某元素的2價陽離子的電子排列為2、8、5，且該元素之質量數為33。則該元素有幾 個中子？ (A)15 (B)16 (C)17 (D)18。(B) 8.已知，氖(10Ne)原子核外的電子排列情形為2、8、0，則下列各選項的電子排列所代 表的原子，與氖具有相同化學性質的是 (A)2、0、0 (B)2、6、0 (C)2、8、1 (D)2、8、 7。(A) 9.下列各選項中，與18Ar具有相同的核外電子排列方式的是 (A)13Al3 (B)16S2 (C)15P3 (D)19K (E)17Cl。(D)(E) 2-3 元素週期表 元素週期表是化學發展史上的一項重大成就，不僅將元素分門別類，使我們容易了 解各元素的物理性質與化學性質的變化趨勢；同時可作為發現新元素的依據，即是只 要知道新元素在週期表的位置，便可以預測該元素的某些物性與化性。 一.週期表的發展歷史：從十九世紀初，科學技術逐步發展，科學家建立了可靠的測定 方法來找出些許元素的原子量。並隨著發現元素數目的增加，更有科學家根據元素 間的相似性，將其分門別類，藉此發現更多元素並探討元素間之關聯性。 1.西元 1829 年，德國科學家杜柏萊纳提出三元素組，內容是同組元素具有相類似的 化學性質；且同組元素的物理性質(熔點、密度、原子量)有其規律性(中間元素的原子 量恰等於前後兩元素之原子量平均值)。如，(鋰、鈉、鉀)、(鈣、鍶、鋇)、(氯、溴、碘)。 2.西元 1864 年，英國科學家紐蘭提出八度律，內容是具有類似性質元素有種週期循 環的關聯性；他將當時已知元素的原子量按大小排列，結果發現每8 個元素，就有 性質相似的元素，即是第1 個氫與第 8 個氟相似、第 2 個鋰與第 9 個鈉相似。 3.西元 1869 年，俄國科學家門得列夫根據原子量大小排列，提出元素週期律，把當 時已知六十幾種元素依原子量排列，完成了第一張元素週期表。同時還修正了某些 元素的原子量，並預測了三種未知元素Sc、Ga、Ge的存在，亦經證實正確無誤； 但其中仍有部分瑕疵，如，Te(127.6)與I(126.9)。 4.西元 1913 年，莫士勒根據原子核內的正電荷數(原子序大小)排列，便成為今日現 行之週期表。 二.現行週期表：目前使用的週期表，是依元素的原子序由小而大排列。
1.橫列為週期，共分七週期。 2.縱行為族。 3.在以往的習慣將族分成A、B兩類，再分別以羅馬數字標示，成為 IA 、IIA 、IB 、 IIB 。 4.近年來IUPAC已建議廢止A、B族的方法，改採由左至右分成18 族。 5.簡易週期表，如圖2 5 所示。 6.週期表中，元素性質的傾向，如圖2 6 。 7.比較完整的週期表，如首頁圖。 8.每週期的元素個數分別是 2、8、8、18、18、32、、、。 圖2 5 簡易週期表
圖2 6 週期表元素性質的傾向 三.週期表與元素的性質： 1.元素的分類：目前為止，已有 112 種元素被發現，依其導電度可區分成， (1)金屬：大多分佈在週期表左邊(氫除外)；為電的良導體，溫度愈高其導電性愈 差，若金屬中有雜質，其導電度亦隨之下降。 (2)非金屬：大多分佈在週期表右邊；為電的不良導體。 (3)類金屬：硼( )B 、矽( )Si 、鍺(Ge)、砷(As)、碲( )Te 、銻( )Sb 。其導電度介於金屬與 非金屬之間，溫度愈高其導電性愈好，若金屬中有雜質，其導電度亦隨之增加。 2.若根據電子組態區分，則可分成， (1)主族元素：又稱為典型元素，即是A族元素。這些元素包含了金屬元素與非金屬 元素，其價電子填入s軌域與 p軌域；價電子數是18個剛好等於該元素之族 數。氦元素例外。 (2)過渡元素：第四週期起價電子填滿ns軌域後，只要填入(n1)d，即是過渡元素。 (3)內過渡元素：第六週期從第 57 號元素起，價電子填入4 f 軌域者，形成鑭系元 素；第七週期從第89 號元素起，價電子填入5 f 軌域者，形成錒系元素。 3.元素的性質：週期表中各元素的性質具有規律性，大致而言，週期表左下方為具有 鹼性的金屬元素，右上方為具有酸性的非金屬元素。如圖2 6 。 (1)同週期元素的酸性及非金屬性由左而右漸增，鹼性及金屬性則由左而右漸減。 (2)同族元素的鹼性與金屬性由上而下漸增，酸性與非金屬性由上而下漸減。 (3)同族元素由上至下增加的有：金屬性、原子半徑。 (4)同族元素由上至下漸減的有：游離能、電負度。 (5)同週期元素由左至右增加的有：游離能。 (6)同週期元素由左至右漸減的有：原子半徑、金屬性。 四.氧化物的酸鹼性：依氧化物的酸鹼性可分為酸性氧化物、鹼性氧化物及兩性氧化物 三種， 1.酸性氧化物：非金屬氧化物溶於水時，與水作用產生氫離子。如， 2 CO 、SO2等。SO3H O2 HHSO4。 2.鹼性氧化物：金屬氧化物溶於水時，與水作用產生氫氧離子。如， O Na2 、MgO等。Na O H O2 2 2Na2OH。 3.兩性氧化物：兩性氧化物難溶於水，但可溶於強酸及強鹼中。如， 3 2O Al 、ZnO等。 3 2 3 6 2 3 2 Al O H Al H O或 2 3 2 3 2 2 ( )4 Al O OH H O Al OH 五.價軌域與價電子： 1.價電子：對典型元素而言，原子最外層軌域的電子，即是。而最外層電子受原子核
的束縛較鬆，最容易參與反應。除了He以外，所有典型元素的價電子數會剛好等於 其族數。
2.價軌域：價電子分布的軌域，即是。如下表所示。
族數 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA
價電子組態 ns1 ns2 ns np2 1 ns np2 2 ns np2 3 ns np2 4 ns np2 5 價電子數 1 2 3 4 5 6 7 六.原子半徑的規律性：在主族元素中，原子半徑相對其原子序呈現周期的規律性，敘 述如下： 1.同族元素之原子半徑，由上而下漸增；換句話說，原子序愈大，原子半徑愈大。因 為電子數愈多，被電子占據的殼層也愈多，所以原子半徑就愈大。如， Li Na K Rb Cs 或F Cl Br I 等。 2.同週期元素之原子半徑，由左至右漸減；換句話說，原子序愈大，原子半徑愈小。 因為同週期元素的內層電子數相同，價殼層電子由左往右增加，同時原子核內的質 子數也增加；因此，有較多核電荷的元素對同一價殼層的吸引力較強，使得價殼層 較接近原子核，故原子序愈大，原子半徑就愈小。如， Li Be B C N O F Ne。 七元素的反應活性： 1.金屬的活性：同族元素愈往下，半徑愈大，原子核對價電子的吸引力愈小，愈容易 失去電子，故金屬的活性愈大。如， Li Na K Rb Cs 。 2.非金屬的活性：同族元素愈往上，半徑愈小，愈容易得到電子，故非金屬的活性愈 大。如， 2 2 2 2 F Cl Br I 。 1.利用陰極射線撞擊金屬所產生xray的波長來決定原子序的是 (A)道餌吞 (B)拉塞福 (C)莫士勒 (D)門得列夫。 2.下列有關元素週期表敘述中，正確的是 (A)同一週期元素之化學性質相似 (B)第五週 期共有32 個元素 (C)原子序 8、16、34 為第VIA族元素 (D)元素之性質依原子序增加 而呈週期性變化。
3.原子序 32 的元素和下列何者化學性質最相似？ (A)13Al (B)14Si (C)20Ca (D)30Zn 。
4.原子序 53 和 38 兩元素所形成之化合物，其正確化學式應為下列何項？ (A)SrI2 (B)
RbI (C)NiBr (D)NiI 。
5.根據週期表元素大小的規律性，判斷(甲)~(戊)等分子在氣態時的鍵長，(甲)水 (乙)甲 烷 (丙)氨氣 (丁)氫氣 (戊)氟化氫。則下列鍵長的關係中，正確的是 (A)甲>乙>丙>丁> 戊 (B)甲>丙>戊>乙>丁 (C)乙>丙>甲>丁>戊 (D)乙>丁>丙>戊>甲 (E)乙>甲>戊>丙> 丁。(92 指考) 6.在週期表同一族中之各元素其原子序增加，則 (A)原子金屬性增強 (B)價電子數增加 (C)原子之質量減少 (D)形成陽離子所須能量減少 (E)氧化數增加。 7.原子序 33 的元素在週期表的第幾週期？第幾族？(四、VA) 8.下列元素中那一種與其他四種元素並非同一族？(A)Al (B)C (C)Si (D)Sn (E)Pb。
9.右表為元素週期表的一部份，甲至戊表元素符號，其中 甲的原子序為13。則該表中，原子半徑最小的是 (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁 (E)戊。(96 指考) 9.下列有關元素性質規律性的敘述中，正確的有(應選三項) (A)同週期的元素中，以鈍 氣的原子半徑最小 (B)鹼金屬的熔點順序是Li Na K Rb Cs (C)鹵素的沸點順序 是F2 Cl2 Br2 I2 (D)鹼金屬與水反應的激烈程度是Li Na K Rb Cs (E)鹵素 活性的大小順序是F2 Cl2 Br2 I2。 10.下列有關元素性質規律性的敘述中，正確的是 (A)同週期的元素，原子半徑由左往 右漸增 (B)同族元素，原子量由上往下漸增 (C)同族的非金屬元素，活性由上而下漸 大 (D)常溫下，所有金屬元素都可與水作用產生氫氣 (E)同週期元素，氧化物溶於水 的鹼性由左往右漸增。 11.下圖為部分的週期表，試回答下列問題： 1.最容易形成2價陽離子的是 (A)甲 (B)乙 (C)丁 (D)戊 (E)己。 2 價殼層在第N層的是 (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁 (E)己。 3.具有4個價電子的是 (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)丁 (E)戊。 4.具有最大原子半徑的是 (A)甲 (B)乙 (C)丁 (D)戊 (E)己。 5.最穩定的元素是 (A)甲 (B)乙 (C)丙 (D)戊 (E)己。
12.下列有關元素週期性質及週期表的敘述中，正確的是 (A)現在的週期表是依各元素 原子量從小到大的順序排列 (B)就導電性，元素大體上可分金屬、類金屬及非金屬三 大類 (C)週期表左下方是在水中呈酸性的非金屬 (D)類金屬的化學性質介於金屬及非 金屬之間，所以列在週期表的中央，統稱 B 族。 13.西元 1989 年，IUPAC決定，把長式元素週期表原先的主副族及族號取消，由左而 右改為18 列，如鹼金屬為第一列，鈍氣族為第 18 列，按此規定，下列敘述中，正 確的是 (A)從第 10 列開始有非金屬元素 (B)第一列元素和第 17 列元素組成的單質， 其沸點變化趨勢相反 (C)只有第二列元素最外層有 2 個電子 (D)在 18 列中，第 14 列 元素組成的化合物種類最多 (E)第 13 列元素有 3 個價電子。 <Homework 2-3> 1.下列各組原子序的元素中，屬於同族元素的是 (A)3、11、29 (B)5、13、31 (C)14、22、40 (D)17、25、43。(B) 2.原子序 33 的元素與下列哪一個元素的化學性質相似？ (A)13Al (B)14Si (C)15P (D)16S 。(C) 3.下列各種元素的氧化物中，酸性最強的是 (A)Al (B)Na (C)S (D)C。(C) 4. 下 列 各 種 原 子 中 ， Ar、 K、 Cl、 Na、 Mg原 子 半 徑 的 大 小 順 序 是 如 何 ？ ) (K NaMgCl Ar 5.相同週期元素，當原子序逐漸增加時，則下列敘述正確的是 (A)金屬性漸減 (B)非金 屬性漸減 (C)價電子數漸減 (D)氧化物的酸性漸減。(A) 6.若於未來的日子裡，可以發現第七週期的惰性氣體，則其原子序是多少？(118) 7.在週期表同一族中之各元素，當原子序漸增時，則 (A)金屬性增強 (B)價電子數不變 (C)原子質量漸增 (D)氧化數漸增 (E)形成陽離子的傾向增大。(ABCE) 8.下列有關週期表的敘述中，正確的有 (A)一般而言，元素在週期表的位置愈右或愈下 方，其金屬性減少 (B)第四週期的過渡元素，其電子填入最高能階為4d 軌域 (C)鑭 系元素，其電子填入的最高能階為4f 軌域 (D)氦除外，週期表 A 族的元素，其價電 子數目與所屬的族數相同 (E)第VIIA族元素的價電子數目很多，所以化學反應活性 不大。(CD) 9.下列有關元素週期性的敘述中，正確的是 (A)鹼土金屬易失去電子形成1或2的離
子 (B)過渡元素都是金屬元素 (C)內過渡元素同時含有金屬元素與非金屬元素 (D)鹼 金屬的活性隨原子序增加而增加 (E)鹵素的活性隨原子序增加而增加。(BD) 10.就元素導電性的敘述中，錯誤的是 (A)金屬有良好的導電性，而導電性隨溫度增高 而下降 (B)金屬會因其中之雜質而使導電度上升 (C)非金屬的導電性通常極差 (D)類 金屬的導電性常因含微量的雜質而遽增。(B) 11.元素單質的化學性質主要決定於 (A)原子核中的質子數 (B)原子核中的中子數 (C)原 子的質量數 (D)核外電子數及電子分布情形。(D) 12.同週期的元素，當原子序增加時，則 (A)金屬性質增加 (B)非金屬性質增加 (C)價電 子數減少 (D)氧化物的鹼性增加。(B) 13.週期表中的各週期，與元素的電子組態有關，共分為 週期，容納的電子數分別為 2、 、8、 、18、 、。(七、8、18、32) 14.原子核外 的排列方式，可決定元素的特性。(電子) 15.根據下列週期表簡圖中所標示之元素，以元素符號回答下列問題： (1)上述元素中，具有同素異性體的是 ；兩性金屬元素的是 ；可作為半導體材的 是 。(S、Al、Si) (2)常溫、常壓下，以液態存在的元素，其化學是為 。(Br2) (3)戊元素與足量的氧氣完全反應，所生成氧化物的分子式為 。(SO2) (4)己、癸兩元素的半徑大小 。(K Br) (5)發生化學反應時，容易形成1價陰離子的元素是 。( )F (6)屬於7B族元素的是 。(Mn) 16.下列有關元素性質的敘述中，正確的是 (A)在化合物中，鹼金屬均為1 (B)鹼土金屬 容易失去電子，可形成1、2價離子 (C)鹼金屬氧化物均能與水反應，並產生氫氣 與氫氧化物 (D)鹵素均有 7 個價電子 (E)氟化氫、氯化氫的水溶液均呈酸性。(A)(D)(E)
