回首頁

原子序 atomic number

PrintFriendly

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。 繼續閱讀 »

週期表的結構(Structure of the periodic table)

PrintFriendly

週期表的結構(Structure of the periodic table)
高雄中學化學科龔自敬老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

董騰元/高雄中學化學科 龔自敬老師 週期表的結構(Structure of the periodic table) 元素的化學性質的主要關鍵是它的電子組態(electron configuration), 特定的價殼層(valence shell)電子將顯現特定的化學相似性。原子的價殼層(最外層)電子歸駐(reside)的軌域類型決定它在週期表中的『區塊』(block);而價電子數目決定它在週期表中的『族』(block)。因為最外層的電子決定元素的化學性質,價電子的數量相同者被編入同一『族』。在同一『族』中從最輕的元素到最重的元素, 最外層電子(那些較易參與化學反應者) 全部在同樣類型的軌域, 具有相似的軌域形狀, 但能階愈來愈高,與原子核的平均距離愈來愈遠。各主殼層被劃分成不同的副殼層(subshells), 當原子序逐漸變大時,電子進入軌域仍須遵循『構築原理』(Aufbau principle)。
如下表所示:

由於最外層的殼的重要性, 週期表的不同的區塊有時被稱為週期表區塊(periodic table blocks), 它的命名根據"最後" 電子居住的副殼層,即s-區、 p-區、d -區和f -區等。可分為下列三大類: 1. 主族元素(main group elements):其價電子有1~8個,佔據著s與p軌域,所以主族元素也稱為s-區元素(s-block elements)及 p-區元素(p-block elements)。 2. 過渡元素(transition elements):週期表中第3~12族為過渡元素,由第四週期起,價電子填滿ns後再填入(n-1) d軌域,稱為d區元素(d-block elements)。這些元素均為金屬,具有多種氧化態,性質較多變化。 3. 內過渡元素(inner transition elements):包括鑭系(lanthanide)及錒系(actinide)元素,這些元素均為金屬元素,其最外層電子組態涉及f軌域,稱為f區元素(f-block elements),此區大部分元素具有放射性,且多數為人工製備。
如下圖所示:

關於元素Ununbium、 ununtrium 、ununquadium等, 它們是被發現了的元素, 但到目前為止未被命名。

化學性質的週期性(Periodicity of chemical properties)

PrintFriendly

化學性質的週期性(Periodicity of chemical properties)
高雄中學化學科 龔自敬老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

化學性質的週期性(Periodicity of chemical properties) 週期表的主要價值是可以根據各元素在週期表中的位置來預測其化學性質。值得注意的是, 沿著週期表的直行(族)移動和沿著水平(週期)移動,其性質變化是不相同的。在週期表中垂直的一欄元素稱為『族』(group);水平的一橫排稱為『列』(row)或『週期』(period)。『族』是元素分類中最重要的方法。某些『族』中的元素有非常相似的化學性質且存在著明顯的趨勢;這些『族』會被冠上非系統化(unsystematic)的別名,如:鹼金屬族(alkali metals)、鹼土金屬族(alkaline earth metals)、鹵素(halogens)、(noble gases)等;在週期表中另有些『族』不具有相似的化學性質和(或)存在著明顯的趨勢,如第14族及第15族,它們沒有別名,被提到時只要簡單地說出『族』編號即可。 現代原子結構的量子力學理論建議:以各元素價殼層(valence shell)的電子組態來解釋『族』趨勢與化學相似性。同族元素的原子半徑(atomic radius)、游離能(ionization energy)和電負度(electronegativity)在判別上都有規則可循。同族元素的原子半徑由上而下漸大,這是因為更多的高能階軌域被電子填入,導致電子更遠離原子核;同族元素的游離能由上而下漸減,因為愈遠離原子核,電子的束縛力愈小,愈容易被移去。同樣地,同族元素的電負度由上而下漸減,因為距離愈遠,原子核對價電子(valence electrons)的引力愈小。

雖然『族』是分類元素最普遍的方式,但在週期表的某些區域,具有橫列的趨勢和化學相似性,卻比垂直的『族』趨勢來得更重要一些。同一『週期』的元素在原子半徑(atomic radius)、游離能(ionization energy)、電子親和力(Electron affinity)和電負度(electronegativity)都顯現一定的趨勢。同一『週期』元素的原子半徑由左而右漸減,這是因為連續元素(successive element)各多了一個電子和質子,導致電子更靠近原子核;同一『週期』元素的游離能由左而右漸增,因為原子半徑的減少,強化了外層電子的束縛力,同時也導致游離能的增加;同樣地,同一『週期』元素的電負度由左而右漸增的說法與游離能類似,也就是原子核對外層電子的吸引力增加了;同一『週期』元素的電子親和力較不明顯,同『週期』左側的金屬通常比『週期』右側的非金屬具有更低的電子親和力(但惰性氣體除外)。

門得列夫(Dmitri Mendeleev) Ⅱ

PrintFriendly

門得列夫(Dmitri Mendeleev) Ⅱ
國立中山大學董騰元教授責任編輯

Dmitri_Mendeleev

圖片來源:維基百科

1869年他發現了元素週期律,並就此發表了世界上第一份元素週期表,他按原子量的大小順序排列的同時,並將原子價相似的元素上下排成縱列(近代科學家發現,元素的性質確有週期性存在,但所依照的不是原子量,而是「原子序」)。門得列夫為了週期表,常常廢寢忘食,好幾天都在辦公室走來走去,百思不得其解;2月17日清晨,由於他不眠不休的研究了一整夜,門得列夫坐在椅子上睡著了,他有個預感:十多年來一直縈繞心頭的問題,就快要迎刃而解了;突然他被驚醒,因為他夢見了一張清晰的元素週期表,他急忙把夢裡的那張表畫了下來,後來發現這個週期表只有一處需要修正。有人打趣地說:「讓我們帶著要解決的問題去做夢吧!」 繼續閱讀 »

門得列夫(Dmitri Mendeleev) Ⅰ

PrintFriendly

門得列夫(Dmitri Mendeleev) Ⅰ
國立中山大學董騰元教授責任編輯

門得列夫出生於1834年,卒於1907年,享年73歲,是俄國有名的化學家暨發明家。他一生最大的貢獻在於元素週期表,而且此週期表可用來預測尚未被發現的元素的性質;第101號元素:鍆(Md)就是以他的名字來命名。

門得列夫於1834年2月出生於西伯利亞(Siberia)的托波爾斯克(Tobolsk),排行14~17個(正確資料已不可考)兄弟姐妹中的老么,父親是當地一個學校的校長,祖父為俄國教士。13歲時父親過世,而母親的工廠也遭遇火災,此時,他進入托波爾斯克的高級中學就讀。15歲的時候,門德列夫的母親發現了他在科學方面的天賦,千里迢迢的把他帶到莫斯科,可惜學校當局並沒有接納他。 繼續閱讀 »

元素週期表(Periodic table)

PrintFriendly

元素週期表(Periodic table)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

化學元素的週期表是顯示化學元素一個『表格方法』(tabular method)。週期表一般公認是由俄國化學家門得列夫於1869年所首創發明。門得列夫想利用這個表去說明各種元素的性質有週而復始的趨勢【週期性(periodic)】,他將當時已知的63種元素依原子量大小排列,並將有相似化學性質的元素放在同一行,就是元素週期表的雛形。 繼續閱讀 »