原子由原子核和电子所组成，原子核内除了中子及带正电的质子外，还有更 ...
3-1 粒子的世界 報告,李涵茹 林苡均 【摘要】
1. 原子論發展過程
2. 元素符號及週期表
3. 原子的結構
【預備知識】
道耳吞 提出「分子說」、「亞佛加厥定律」 1802~1803
門得列夫 利用「原子量」排列「週期表」 1871
湯木生 利用「陰極射線」,發現「電子」 1897
密立根 「油滴實驗」測出電子帶電量 1909
拉塞福 以α粒子散射實驗提出「核原子模型」 1911
拉塞福 以α粒子撞擊氮原子而發現「質子」 1919
查兌克 以α粒子撞擊鈹原子而發現「中子」 1932
道耳吞原子說的內容:
1. 一切物質都是由微小的粒子所組成,這些粒子稱作原子
2. 同一種元素的原子,其性質與質量皆相同;不同元素的原子則彼此不同 3. 化合物是由原子結合而成,相同化合物中原子的種類及數目相同且不會改變 4. 化學反應是原子的重新組合,原子的種類及數目在化學反應過程中不會改變 近代原子說:(道耳吞原子說的修正)
1. 原子可再分割為更小的粒子,如電子、質子、中子等
2. 在化學反應中“原子不滅”,但在核反應中,原子會轉變為別種原子 3. 同位素(原子序相同,質量數不同)的發現,相同原子具有不同的質量 週期表的特性:
(1)門得列夫的週期表:依原子量排列。
(2)現在的元素週期表:依原子序排列。
(3)門得列夫的週期表失敗處在應以原子序排列,而非原子量。 (4)真正決定原子構造及其化學性質的因素是原子核所帶的正電荷及核外的電子數。 (5)化學性質相似的元素有規則性地重覆出現。
1. 門得列夫將元素按原子量的大小排列,發現元素的性質呈週期性的變化,並能據以預測尚未發現元素的各項性質。
2. 現代的週期表按原子序的大小排列而成,將元素分成主族元素及過渡元素,或金屬、非金屬及類金屬等,總共有七個週期、十八族。
3. 同族元素的性質大致相似。同一週期的元素呈規律性的變化,元素的金屬性質由左而右漸減,元素氧化物水溶液的酸性由左而右漸增。
4. 利用週期表中元素的規律性變化,可以預測同族或同週期元素的性質,對科學研究帶來莫大的便利。
近代科學家研究原子結構的過程:
(1) 質子(Proton): -24質子是一顆帶正電荷(+1)的粒子,質量為1.67262 X 10克,是電子的1836倍,符號是p。位處原子核(nucleus)內。質子在該原子核中的數目就是原子序數(atomic number,符號是Z)。
(2) 中子(Neutron): -24中子是一顆不帶電荷的粒子,質量為1.67493 X 10克,是電子的1839倍,符號是n。位處原子核內。中子在該原子核中的數目加上質子在該原子核中的數目就是原子質量(atomic mass,符號是A)。
(3) 電子(Electron): -28電子相信是最為人熟悉的帶負電荷(-1)的粒子了。它的質量是9.10939 X 10克,符號-是e。位處原子核外,以高速圍繞著原子核運行。
電子分為三種:s電子、p電子和d電子。它們分別分佈在不同能級(energy level)的軌道(orbital):s電子的能級較低,p電子的能級稍高於s電子,d電子的能級則較高。 【補充資料】
1. 鍵結理論
兩不同原子交互作用形成化學鍵,大體可分為離子鍵與共價鍵兩類。當一個原子將價殼原子轉移至另一原子的價殼即產生離子鍵;失去電子的原子稱正離子(陽離子),反之則為副離子(陰離子)。離子鍵即起源於正負不同電荷離子間的吸引力。以NaCl為例,當鈉原子和氯原子化合時,鈉原子傾向失去一個價電子,正好轉移至傾向獲得一個電子的氯原子之價電子層中,從而形成鈉離子和氯離子,而兩離子皆形成穩定的電子排列。兩離子間的靜電作用力使其吸引在一起,形成氯化鈉。如此由陰離子和陽離子所形成之化合物即為離子化合物,其正負離子間的吸引力即稱離子鍵。
另外,當原子間共用電子對時,各原子間也能達成如惰性氣體的電子排列,形成化合物。以H2O而言,氧原子需要增加兩個電子、氫原子需要增加一個電子來達成氦的電子排列,於是一個氧原子可分別與兩氫原子共用一對電子達成穩定狀態。由於共用的電子對同時被兩個原子核吸引,所以兩個原子互相吸在一起,如此因共用電子對產生的結合力稱共價鍵,所形成之化合物稱共價化合物;因組成的粒子是電中性的分子,故又稱分子化合物。
3.α粒子的散射實驗
組成原子的基本粒子是如何安排成原子,在湯木生發現電子不久後,曾有人提出「梅子布丁」模型,但拉塞福為了驗證這個模型,用放射性元素所釋放的α射線撞擊金箔,發現多數α粒子可直線穿透金箔,但卻有部分α粒子作大角度偏折,甚至以180度角反射回來。從而拉塞福推論梅子布丁模型是錯誤的,因為若原子的正電荷和質量採均勻分布,則α粒子撞擊路徑中,正電荷的密度和質量均很小,α粒子應直線穿透,至多只能發生小角度偏折,不可能出現近乎180度的反射;進一步他提出原子核的概念,認為原子的正電荷和質量都集中在體積很小的電子核,而電子則分布在核外廣大的空間,其敘述也符合實驗結果。
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