原子序

Posted on 2013/10/15 in 原子核物理, 物理, 近代物理學的簡介 Introductory Modern Physics with 有 4 則迴響 48,777 views

原子序 (atomic number)
國立臺灣大學物理系鍾豪

原子序 (atomic number) 是指原子核中質子的數量，因此又稱為質子數 (proton number)，一般簡記為Z（Z是源於德文的Zahl，意思是「數字」），寫在元素符號的左下角。對於一顆電中性的原子而言，由於電子和質子數量相同，所以原子序大小也是電子的數量。

容易與原子序混淆的是質量數 (mass number) 和原子量 (atomic mass)。質量數是質子和中子數量的總合，一般簡記為A，寫在元素符號的右下角。因為電子質量極小（約是質子質量的1/1836），因此質量數可用來粗略表示該原子的質量。

國際上將C-12的原子量定為12.0000，其它原子的原子量便是與C-12比較後得出的比例。但由於通常一種元素都有許多種同位素 (isotope)，因此元素週期表上標示的原子量是依各同位素在自然界中存在的比例做加權平均，稱為平均原子量。和原子序、質量數不同，原子量會有小數，原子序和質量數則必為整數。

原子序的大小決定了元素的種類，也因為元素週期表是依照原子序排列，原子序也決定元素在週期表上的位置。

相同原子序，但是中子數量不同者稱為同位素 (isotope)。同位素具有相同的化學性質。如：碳的原子序是6，所有碳原子都有6顆質子，其中大部份有6顆中子，約1%有7顆中子，一萬億分之一有8顆中子。因為質子數量相同，故我們都稱之為「碳 (Carbon) 元素」，但中子數量不同，故碳有多種同位素。

雖然當今的元素週期表是以原子序排列，但俄國科學家門德列夫 ( Дми́трий Ива́нович Менделе́ев (Dmitri Ivanovich Mendeleev), 1834-1907) 在設計週期表時，是以原子量排列。一般而言，原子序越大的元素，質量越大，因此門德列夫的排列順序大致與當今週期表相同。但仍有少數例外，如：原子序52的碲 (Tellurium) 就比原子序53的碘 (Iodine) 還要重。

隨著原子序的增大，質子的數量也增多。大量的正電聚集在渺小的範圍內會使原子核變得不穩定。目前自然界中已知原子序最大的元素是92號的鈾 (Uranium)，而目前人工合成出原子序最大的元素則是118號的Uuo。但由於有些超鈾元素（原子序大於92的元素）性質極不穩定，短時間內就會衰變成其它元素，因此有許多物理、化學性質，科學家們尚未了解。

那麼，原子序有終點嗎？還是元素週期表會無限延長呢？科學家對這個問題的看法似乎仍是分歧的。可以確定的是，科學家們仍會繼續為這個元素符號左下角的小小數字而努力，繼續拓展未知的元素領域！

Tags: 中子, 原子量, 同位素, 質子, 質量數, 週期表, 門德列夫

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There are 4 comments for this article

陳正御 2015/07/06 at 18:16:14

中文裡原子量好像沒什麼差別，可是英文的atomic mass(12amu) ,atomic weight(12.011amu) 有差，請問這是為什麼呢?
陳冠寰 2017/06/15 at 15:56:27

國際上將C-12的原子量定為12.0000
後面4個0才對吧!!!!!!!
陳冠寰 2017/06/15 at 15:59:00

俄國科學家門德列夫(D. Mendeleev，1834-1907)
應改為
俄國科學家門德列夫(Дми́трий Ива́нович Менделе́ев，1834-1907)
要用俄文本名才對!!!!!!!
陳冠寰 2017/06/15 at 16:05:43

那麼，原子序有終點嗎？還是元素週期表會無限延長呢？科學家對這個問題的看法似乎仍是分歧的。

這不大對吧!!!!!!!!!!!!!

看看維基的內容
科學家對這個問題的看法是一定沒有終點!!!!!!!

目前的元素周期表中有七個周期，並以118號元素Og終結。如果有更高原子序數的元素被發現，則它將會被置於第八周期，甚至第九周期。這額外的周期預期將會比第七周期容納更多的元素，因爲經過計算新的g區將會出現。g區將容納18個元素，各周期中均存在部分填滿的g原子軌域。這種擁有八個周期的元素表最初由格倫·西奧多·西博格於1969年提出。
第八或以上周期的元素未曾被合成或於自然發現。（2008年4月，有人宣稱發現122號元素Ubb存在於自然界中，但此被廣泛認爲是錯誤的。）g區內第一個元素的原子序數應該為121。根據IUPAC元素系統命名法命名爲unbiunium，符號Ubu。此區域內的元素很可能高度不穩定，並具有放射性，且半衰期極短。然而穩定島理論預測126號元素Ubh會在穩定島內，不會有核裂變，但會有α衰變。而穩定島以外還能存在多少物理上可能的元素至今仍沒有結論。
根據量子力學對於原子結構解釋的軌域近似法，g區會對應不完全填滿的g軌域。不過，自旋-軌道作用會削弱軌域近似法所得結果的正確性，這可能會發生在較大原子序的元素上。
以上所有理論上存在但並未發現的元素均根據IUPAC元素系統命名法命名，而該名將會一直沿用直到這個元素被發現、證實，並被賦予正式名稱。
g區在元素周期表中的位置（位於f區的左邊、右邊或中間）仍然是不肯定的。上表所示的位置是建於構造原理在更高原子序的元素還成立的前提上，但這假設不一定正確。對於118號元素，軌域1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、4p、4d、4f、5s、5p、5d、5f、6s、6p、6d、7s及7p應會被佔據，其餘則為空。第八周期的元素軌域預測會以8s、5g、6f、7d、8p的順序填滿。然而，從大約122號元素開始，電子層間過於接近，使計算電子的位置時發生問題。例如，經過計算，165號及166號元素（如果存在）會佔據9s軌域，而把8p軌域留空。
Pyykkö模型
並非所有模型都按照較輕元素的趨勢排列超重元素。例如，Pekka Pyykkö利用電腦模型計算出原子序直到Z=172的元素的位置，並發現有若干元素不在構造原理預期的位置。5g區後，他的計算預測元素139及140會佔據8p軌域，元素141開始才再繼續佔據6f區。元素165至168可能在第9週期（9s和9p），之後的元素169至172再填滿8p軌域和整個第8週期。

電子排布
化學元素族電子排布
（根據Fricke）
[Og] = [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p6[5][6][7]
119 Uue Ununennium 鹼金屬 [Og] 8s1
120 Ubn Unbinilium 鹼土金屬 [Og] 8s2
121 Ubu Unbiunium 超錒系元素 [Og] 8s2 8p1
1/2
122 Ubb Unbibium 超錒系元素 [Og] 7d1 8s2 8p1
1/2
123 Ubt Unbitrium 超錒系元素 [Og] 6f1 7d1 8s2 8p1
1/2
124 Ubq Unbiquadium 超錒系元素 [Og] 6f3 8s2 8p1
1/2
125 Ubp Unbipentium 超錒系元素 [Og] 5g1 6f3 8s2 8p1
1/2
126 Ubh Unbihexium 超錒系元素 [Og] 5g2 6f2 7d1 8s2 8p1
1/2
127 Ubs Unbiseptium 超錒系元素 [Og] 5g3 6f2 8s2 8p2
1/2
128 Ubo Unbioctium 超錒系元素 [Og] 5g4 6f2 8s2 8p2
1/2
129 Ube Unbiennium 超錒系元素 [Og] 5g5 6f2 8s2 8p2
1/2
130 Utn Untrinilium 超錒系元素 [Og] 5g6 6f2 8s2 8p2
1/2
131 Utu Untriunium 超錒系元素 [Og] 5g7 6f2 8s2 8p2
1/2
132 Utb Untribium 超錒系元素 [Og] 5g8 6f2 8s2 8p2
1/2
133 Utt Untritrium 超錒系元素 [Og] 5g8 6f3 8s2 8p2
1/2
134 Utq Untriquadium 超錒系元素 [Og] 5g8 6f4 8s2 8p2
1/2
135 Utp Untripentium 超錒系元素 [Og] 5g9 6f4 8s2 8p2
1/2
136 Uth Untrihexium 超錒系元素 [Og] 5g10 6f4 8s2 8p2
1/2
137 Uts Untriseptium 超錒系元素 [Og] 5g11 6f3 7d1 8s2 8p2
1/2
138 Uto Untrioctium 超錒系元素 [Og] 5g12 6f3 7d1 8s2 8p2
1/2
139 Ute Untriennium 超錒系元素 [Og] 5g13 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
140 Uqn Unquadnilium 超錒系元素 [Og] 5g14 6f3 7d1 8s2 8p2
1/2
141 Uqu Unquadunium 超錒系元素 [Og] 5g15 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
142 Uqb Unquadbium 超錒系元素 [Og] 5g16 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
143 Uqt Unquadtrium 超錒系元素 [Og] 5g17 6f2 7d2 8s2 8p2
1/2
144 Uqq Unquadquadium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f1 7d3 8s2 8p2
1/2
145 Uqp Unquadpentium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f3 7d2 8s2 8p2
1/2
146 Uqh Unquadhexium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f4 7d2 8s2 8p2
1/2
147 Uqs Unquadseptium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f5 7d2 8s2 8p2
1/2
148 Uqo Unquadoctium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f6 7d2 8s2 8p2
1/2
149 Uqe Unquadennium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f6 7d3 8s2 8p2
1/2
150 Upn Unpentnilium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f6 7d4 8s2 8p2
1/2
151 Upu Unpentunium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f8 7d3 8s2 8p2
1/2
152 Upb Unpentbium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f9 7d3 8s2 8p2
1/2
153 Upt Unpenttrium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f11 7d2 8s2 8p2
1/2
154 Upq Unpentquadium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f12 7d2 8s2 8p2
1/2
155 Upp Unpentpentium 超錒系元素 [Og] 5g18 6f13 7d2 8s2 8p2
1/2
156 Uph Unpenthexium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d2 8s2 8p2
1/2
157 Ups Unpentseptium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d3 8s2 8p2
1/2
158 Upo Unpentoctium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d4 8s2 8p2
1/2
159 Upe Unpentennium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d4 8s2 8p2
1/2 9s1
160 Uhn Unhexnilium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d5 8s2 8p2
1/2 9s1
161 Uhu Unhexunium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d6 8s2 8p2
1/2 9s1
162 Uhb Unhexbium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d8 8s2 8p2
1/2
163 Uht Unhextrium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d9 8s2 8p2
1/2
164 Uhq Unhexquadium 過渡金屬 [Og] 5g18 6f14 7d10 8s2 8p2
1/2
165 Uhp Unhexpentium 鹼金屬 [Uhq] 9s1
166 Uhh Unhexhexium 鹼土金屬 [Uhq] 9s2
167 Uhs Unhexseptium 貧金屬 [Uhq] 9s2 9p1
1/2
168 Uho Unhexoctium 貧金屬 [Uhq] 9s2 9p2
1/2
169 Uhe Unhexennium 貧金屬 [Uhq] 8p1
3/2 9s2 9p2
1/2
170 Usn Unseptnilium 貧金屬 [Uhq] 8p2
3/2 9s2 9p2
1/2
171 Usu Unseptunium 類金屬 [Uhq] 8p3
3/2 9s2 9p2
1/2
172 Usb Unseptbium 稀有氣體 [Uhq] 8p4
3/2 9s2 9p2
1/2
173 Ust Unsepttrium — [Usb] 6g1

作者請在思考一下!!!!!!!!!!!

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