第1章 原子構造與元素週期表 2-1 原子結構

2-1

第1章 原子構造與元素週期表

2-1 原子結構

1. 陰極射線管（又稱氣體放電管）實驗：

實驗裝置與現象 內容

實驗者：_________（英） 時間：1879 年 氣壓(atm) 現象

1 無電流、不發光

10^－2 有小電流，氣體發光，且隨氣 體種類而異，如霓虹燈管般。

10^－6 氣體不發光，出現大電流，在 陰極對面出現螢光，此即 _____________。

陰極射線會受障礙物阻擋，而產生陰影。

→ 陰極射線具有_____性。

陰極射線可使小轉輪轉動

→ 陰極射線具有_____。

陰極射線會受磁場偏折

→ 陰極射線具有_____性。

陰極射線會受電場偏折

→ 陰極射線具有_____性。

2-2 2. 電子的發現：

實驗裝置與現象 內容

發現者：________（英）

發現時間：1897 年

實驗內容：透過控制磁場及電場，量出陰極 射線的__________。無論更換何種陰極金屬 板，其荷質比皆不變，恆為 1.759×10¹¹庫侖 /公斤（C/kg）。

→ 推論：每種原子中都有相同的帶電粒子

→ 發現電子 湯姆森原子模型：

3. 電子電量的測量：油滴實驗

實驗裝置與現象 內容

實驗者：_________（美）

提出時間：1909 年

貢獻：透過每個油滴的帶電量為電子電量的 ______倍，測量出一個電子的電量為_________

庫侖。

不用記∼

負電電子均勻分散在帶正電的原子中，

比喻為梅子（葡萄乾）布丁模型（Plum pudding model）或西瓜模型

→ 質量和電荷都是均勻分布的

延伸：1 mol 電子電量（或 1 mol 帶－1 價的離子電量）

提醒：1 mol 電子電量＝1 mol 質子電量

例如 1 mol H^＋電量＝1 mol Cl^－電量=_________庫侖，1 mol Ca^2＋電量=_________庫侖

2-3 4. 電子質量的決定

根據 和 可決定出電子的質量＝

整理：

1 個 H 原子質量＝____u → 一個質子質量≒____u → 一個中子質量≒____u 一個電子質量≒一個質子質量 × ＝______u

例如：1 個

Na =_____u （電子質量部分可以忽略不計）

建議記這個∼

可不必記

範例 1 電子電量的決定

從密立坎的油滴實驗中，觀察油滴電量有下列 五種：4.32×10^－9 esu、3.84×10^－9 esu、

2.88×10^－9 esu、1.44×10^－9 esu、

9.60×10^－10 esu（esu 為靜電單位）。若另一 油滴之電量為 4.80×10^－9 esu，則該油滴最少 會吸附有多少個電子？

(A) 6 (B) 10 (C) 12 (D) 15

範例 2 求荷質比 是比較質子、Ca²⁺、F2

+、H2O 荷質比大小 質量數 F=19。Ca=40

範例 3 陰極射線的發現 104 竹女 下列關於陰極射線的敘述，何者正確？

(A)陰極射線會受到電場的吸引而向正極偏轉 (B)陰極射線會受到磁場的影響，飛行路徑產 生變化 (C)不論使用何種金屬當陰極，所產 生射線的性質均相同 (D)陰極射線由陽極發 出，往陰極加速飛行 (E)陰極射線具有粒子的 性質，可由陰極射線管的實驗測得此粒子的質 量 ABC

2-4 2-1.2 拉塞福原子模型

1. 射線簡介

2. α 粒子撞擊金箔實驗（α 粒子散射實驗）

實驗者 拉塞福（英）

實驗時間 1911 年

實驗前預測

By 湯姆森的葡萄乾布丁模型 實際實驗結果

應全數穿過金箔

大部分穿過金箔不偏折 少部分偏折

極少部分大角度反彈 拉塞福的核型原子模型

範例 4 原子核的發現

有關拉塞福原子核存在實驗的敘述，下列 哪些正確？（應選 3 項）BC^D

(A)拉塞福以β粒子撞擊金屬

(B)拉塞福發現大部分用來撞擊的α粒子皆 可穿透過金屬箔，只有少數被反彈回來 (C)拉塞福的實驗顯示出湯姆森的原子模

型和實驗結果不合

(D)拉塞福的實驗證實原子核是帶正電，並 且是原子大部分質量集中所在

(E)拉塞福的實驗證實了中子的存在 α 射線 即_________(____)

β 射線 即_________(____)

γ 射線 即_______________

推論：

負電電子環繞原子核運動，

核極小，帶正電，並佔有原子絕大部分質量，

電子則佔據絕大部分空間。

原子大小 約____m

原子核大小 約____~____m

2-5 3. 發現質子

：

α 粒子撞擊氮原子核

4. 發現中子

：

2-1.3 原子核與原子序 1.

質量 電量

克 u 庫侖 單位電量 符號

電子 9.109×10^－28

質子 1.673×10^－24

中子 1.675×10^－24 2. 元素符號表示法

F

中子數=_________

3. 同位素：

質子數相同，中子數不同 物理性質_____

化學性質_____

課堂講義 P.61 範例 2

鈷六十（原子序 27）可作放射性治療之用，下列有關鈷六十的原子結構，何者正確？ (A) ⁶⁰Co 有 27 個電子 (B) ⁶⁰Co 有 60 個中子 (C) ⁶⁰Co^3＋有 30 個中子 (D) ⁶⁰Co^3＋有 33 個質子 (E) Co^2＋ 得到 1 個質子後可 形成 Co^3＋

104 新竹女中

某元素X^2＋之荷質比＝1.6×10 ⁴庫侖／克，則X之原子量為何？(1mole電子電量＝96500庫倫) (A)12 (B)24 (C)36 (D)48 (E)60

油滴實驗求電子電量例題講解

2-6

2-2 原子中的電子排列

2-2.1 能階的概念

1. 原子核外的電子逐層分布，稱之為________(electron shell)，電子殼層由內而外依序稱為 __、__、__、__...層。

每層電子都具有特定的能量，此特定能量即為______。能階離原子核越近，能階越___。

2. 電子是不是只能在特定的能階上而不動？

電子在未接收額外能量前，電子能量最低，較安定，此時稱_______（ground state）

電子受熱或接收特定能量大小的電能或光能後，電子會被______到較高的能階，此時的電子稱為 ________（excited state)。

但在高能階時，電子很不穩定，因此會重新降至較低能階，並釋放特定大小、不連續的光能（或 說是特定波長的光），因而呈現不同顏色。電子轉換到不同能階的過程，稱之為______。

圖解：

波耳 Bohr (丹麥)

-1922 年諾貝爾物理獎(37 歲) -提出電子能階的概念(波耳模型) -107 號元素 Bh 以他為名

“There are some things so serious you have to laught at them.”

「有些事情實在過於沈重，你只能一 笑置之」

2-7 2-2.2 原子序 1~18 的原子之電子排列

1. 電子殼層的性質：

(1) 電子數量

越外層的空間越___，可容納的電子數目越___。

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

第一層(n=1)：K 層，可容___個電子 第二層(n=2)：L 層，可容___個電子 第三層(n=3)：M 層，可容___個電子 第四層(n=4)：N 層，可容___個電子

第 n 層中，可容___個電子 (2) 電子能量

電子在越靠近原子核的殼層，電子能量越___，

電子在越遠離原子核的殼層，電子能量越___。

因此，電子若遠離原子核，則會_____能量，

反之，電子若靠近原子核，則會_____能量。

例如：K → N：_____能量 M → L：_____能量

2-8 2. 電子排列規則(原子序 1~18)（19K、20Ca 為補充）

(1) 第 n 殼層，最多可容納 2n²個電子。

(2) 電子從最低能階的殼層(即 K 層，最近原子核)開始填起，該層填滿後，在填往下一層較高能階 的殼層。

例：

元素 7N 有 7 個電子 7N^3– 有____個電子 17Cl 有 17 個電子 殼層 K L M N K L M N K L M N 電子排列表示

圖示

補充：

元素 19K 有 19 個電子★ 20Ca 有 20 個電子★

殼層 K L M N K L M N 電子排列表示

圖示

總結：原子序 1~20 的原子，其電子排列方式為

補充說明：

第三層 M 層實際上是可以容納 18 個電子。但在

M 層有 8 個電子時，能量會較 穩定。而鉀的第 19 個電子填入 時 M 層時，會較不穩定，而被 排入 N 層，反而較為穩定。(高 三有詳細說明)

∴第 3 層常只看到 8 個電子，

但實際上，第 3 層是可以容納 到 18 個電子的！要小心這點！

例 30Zn：2 , 8 , 18 , 2 (不考)

如有興趣可以參考影片說明

課本例題2-3 P.66

試寫出鋰（原子序＝3）、氟（原子序＝9）、氖（原子序＝10）、氬（原

子序＝18）等原子之電子分布於（K, L, M）層的排列方式。

2-9 2-2.3 價殼層與價電子

1. 電子填入的最外殼層稱為________，而分布於其上的電子稱為_________。

例：11Na 電子排列：_________

價殼層：___

價電子數：___

2. 一般化學反應中，僅________會參與反應，內層電子，難以反應。

→ 元素的化學性質和最外層的價電子數有關★

→ 具有相同價電子數的元素，被歸納為同___ → ★ 例

K L M N 價電子數 族數 化性

3Li

遇水皆產生_____

11Na

19K

★ A 族的族數即________（注意：8A 族除___為 2 個價電子，其餘皆為 8 個價電子）

補充：★★★

從原子序或中性原子的電子數推斷元素種類（高二還會再用到）

例 15X 為何元素？

Step 1 先根據原子序，寫出電子排列：_______

Step 2 判斷族數：最外層價電子數為__，即為___族

Step 3 判斷週期(週期表第幾橫排)：電子排列填到第__層，即為第 3 週期(第 3 橫排) Step 4 根據 2.、3.判斷出元素為___族第___週期的___（注意：H、He 為第一週期）

逆推：某元素在 3A 族，第 3 週期，則電子排列為？

4. 路易斯電子點式（高二還會再用到）

由於化學性質主要與_________有關，因此化學家路易斯創立「路易斯電子點式」，以簡易表示原子 或離子的價電子數。

路易斯電子點式表示法：以元素符號表示原子核及核心電子，且在元素符號周圍以點表示價電子。

例： 2He 4Be 7N 17Cl 17Cl^– 10Ne 18Ar 為何內層電子難以反應？

2-10

族

週期 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅧA

第一週期 第二週期 第三週期 第四週期

課本例題 2-4 P.68

某原子在 K 層有 2 個電子，L 層有 8 個電子，M 層（最外層）有 6 個電子，該原子的中子數比 質子數多 1 個。有關此原子的敘述，下列何者正確？

(A)此原子的原子序為 16 (B)此原子的質量數為 17 (C)此原子的電子點式為 (D)此原子的質子排列為（K, L, M）＝2, 8, 6 (E)此原子與

32

16S 為同位素

課本練習 2 P.68

試 完 成 下 列 表 格 ：

元 素 符 號 原 子 序 電 子 排 列

（K, L, M）層 中 子 數 質 量 數 元 素

標 示 法 電 子 點 式

X 8 8

Y 29 29

14Y

Z 18 40

2-11

2-3 元素週期表

2-3.1 門得列夫的週期表

1. 門得列夫將當時已知的 63 種元素按照_______大小排列，並將____性質相近的元 素歸納成同一族。

2. 貢獻：（1）發現元素的化性有週期性

（2）成功預測出當時未知元素及其性質，例如 Ga、Ge 錯誤：一些元素的原子量大小順序與現今週期表原子序順序相反。

例如___( )和___( )、___( )和___( ) 2-3.2 週期表結構（現今）

1. 1913 年，_______提出以_______代替原子量來排列週期表。

2. 結構：共____週期（橫列），____族（縱行），______個元素。

(1) 第 n 週期元素的電子佔據到第 n 殼層，同族元素______數相同。

(2) 現今族數：1∼18 族

傳統族數：主族____~____

過渡金屬____~____(每個週期有___種過渡元素)

第六及第七週期的鑭(La)系與錒(Ac)系元素，各有____種元素在內，稱為________元素

推算同族原子序：

2

He Ne Ar Kr Xe Rn Og

★不要把各週期元素個 數和電子排列搞混了

各 週 期 元 素 個 數

2-12 (3) 同族元素化性相似

族數 別名 價電子數 得失電子傾向 離子價數

ⅠA 族

（第 1 族）

________

（氫除外） 1

ⅡA 族

（第 2 族） ________ 2

ⅦA 族

（第 17 族） ______ 7

ⅧA 族

(第 18 族) ______ 8

（氦除外）

鈍氣雖化性不活潑，但仍有機會和其 他元素形成化合物，例如 XeF4、KrF2

(4) 大致而言，週期表左半部為金屬所佔據，右半部為非金屬所佔據。

中間部分為________，其中又分出鑭（La）系及錒（Ac）系元素兩列，稱為_________

(5) 原子序>83Bi(鉍)的元素具有放射性，例如由居禮夫人發現的84Po(釙)極具放射性。

原子序>92U，又稱______元素，容易產生核衰變而消失，故為_____元素。

範例 3

附圖為週期表右側的一部分，已知 X、Y、Z、V、W 原子核外共有 85 個電子，則 X 的元素符號為 何？i (A)Cl (B)S (C)P (D)Si

範例 1

某元素 A 原子核外最外層的電子有 5 個，當 A 元素與＋2 價的 B 結合成化合物時，化學式如何寫 最適當？ (A)A5

B

B

B

B

範例 1 【課堂講義】

1869 年門得列夫從已知 Si 與 Sn 的物理性 質預測 Ge 的性質，他認為 Ge 的性質將與 Si、Sn 的平均值接近。依此假設，由右表 資料可判斷出：

(A) Si 的熔點為 750 ℃ (B) Si 的密度為 1.00 g／mL

(C) Si 的密度為 7.10 g／mL (D) SiCl4 的沸點為 52 ℃ (E) SiCl4 的沸點為 100 ℃ 性質

元素 Ge Sn

元素的熔點（℃） 938 232 元素的密度（g／mL） 5.36 7.31 氯化物 MCl4 的沸點（℃） 83 114

2-13 2-4 元素性質的規律性

2-4.1 金屬的通性 2-4.2 非金屬的通性

金屬 非金屬

具金屬光澤：大多銀白色，Cu 為___色，金為黃 色，___為黑色。

無固定顏色。

氯：_____色，溴：____色，碘：___色

有延展性 無延展性

電、熱的良導體。溫度上升，導電性____。

∵溫度上升會增加金屬原子核之振動，妨礙電子 前進。

大部分不導電、不導熱，例外：____等

熔點大多較___，但___為液體，而鎢的熔點極高

（3370℃） → 金屬的熔點範圍______。

熔沸點大多較金屬低，但鑽石、石墨等卻特高。

固液氣三態皆有元素存在。

___為唯一液態非金屬元素，___易昇華。

易_____電子，形成___離子。 易_____電子，形成___離子。

金屬氧化物溶於水可形成_______，呈____性。

例如 Na2O + H2O → _______

非金屬氧化物溶於水呈____性，

例如酸雨的形成乃__、__的氧化物溶於雨水導致 NO2 + H2O → _______

SO3 + H2O → _______

2-4.3 類金屬

1. 分布於金屬與非金屬之間，呈現_____狀排列（從___開始）。

2. 性質介於金屬和非金屬之間，例如導電性，故又被稱為_______

且溫度升高，導電性_____。

3. 添加微量雜質(例如鎵或磷)，導電性會_____，得以製成電子元件。

Si + 3A (EX. Ga)：___型半導體 Si + 5A (EX. P)：___型半導體

2-14 2-4.4 元素得失電子的規律性

1. 同族元素，原子序越大（往週期表下方），越容易_____電子（_______性越強）

原因：

2. 同週期元素，原子序越大（往週期表右方），越容易_____電子（_______性越強）（鈍氣除外）

原因：

2-4.5 元素的原子半徑的規律性（補充）

1. 同族元素，原子序越大（往週期表下方），原子半徑越___

原因：

2. 同週期元素，原子序越大（往週期表右方），原子半徑越____

原因：

2-15

範例 1 週期表與規律性

有關元素週期表之下列敘述，何者正確？

(A)同一週期元素之化學性質相似 (B)第五週期共有 18 個元素 (C)原子序 8、16、34 同為 VA 族 元素 (D)同一週期元素氧化物之酸性隨原子序增加而變強 (E)同一週期元素形成陽離子之傾向 隨原子序增加而增強

範例 2 原子半徑 【104 竹女】

下列原子或離子半徑比較，何者正確？ BCD

(A)O ⁺＞O＞ O ⁻ (B)Na＞Mg＞Al (C)Fe＞Fe^2＋＞Fe^3＋ (D)P ³⁻＞S ²⁻＞Cl⁻ (E)Ca^2＋＞K^＋＞Ar