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.5 電子排列的模型

拉塞福認為,電子沿一定的「軌道」繞原子核作圓周運動,猶如行星

繞太陽運動一般,有一定的軌跡,後來發現核外電子極快,且電子運動空

間又那麼大,而無法斷定電子運行的軌跡。

西元1913 年丹麥科學家波耳(N.Bohr)探討氫原子的光譜,修正拉塞

福的原子模型:

1. 拉塞福的模型,電子因繞核做圓周運動,必輻射出電磁波,而使能

量漸減,電子逐漸接近原子核,最後電子必墜毀於原子核(存在的

時間為 2×10-11秒),此與原子的穩定存在不合。

2.拉塞福的原子模型無法解釋原子的光譜為明線光譜,而非連續光

譜。

因此波耳提出的理論:提出「定態」與「能階」的假設。

1.只要電子位於特定能量的軌道上,則電子不遵守古典電磁學,不會

輻射出能量而處於一種穩定的狀態。

2.氫原子的電子只能在距原子核一定距離的軌道(orbit)上做圓周運

動,電子在軌道運動時具有特定的能量,不同軌道的電子能量不

同,稱為能階(energy level)。軌道從原子核由內向外分別以 n=

1、2、3、4…(或 K、L、M、N…層)來代表不同能階,n 愈大能

量愈高。

3.氫原子的電子位於最低能階(n=1)時,稱為基態(ground state),

若吸收能量躍遷至較高能階(n>1)時,稱為激發態(excited

state)。

4.當電子由較高能階降回較低能階時,會將兩能階的能量差以電磁波

的形式放出,ΔE =(高能階電子的能量) ― (低能階電子的能

量)= 放出光子的能量。

5.若外來能量恰等於原子中兩能階的能量差,則原子可吸收此能量,

電子由低能階躍遷至高能階。若外來能量不等於原子中任意兩能階

的能量差,則原子不吸收此能量。因此氫原子的光譜為線光譜,而

非連續光譜。

至於各殼層的電子排列規則為遵循八隅體的規則排列,在後面章節會

講述。

1.6 元素週期表

元素週期表的建立

1. 西元1829年德國德貝萊納(J.W.Döbereiner)發現性質相似的元素,中間

元素原子量約等於前後元素原子量的平均值,稱為三元素組(triads)。

例如:(1)Li、Na、K; (2) Cl、Br、I;(3) Ca、Sr、Ba;(4) S、Se、Te。

2. 西元1865年英國紐蘭茲(J.A.R.Newlands)發現元素類似性質具有週期循

環之關係,將已知元素按原子量排列,稱為八音律(law of octaves)。

3. 西元1869年俄國門得列夫(D.I.Mendeleev)發現元素的性質隨原子量的

增大而有週期性的變化。將當時已知的 63 種元素排列成週期表(periodic

table)。除把元素規則性的分類外,還預測新元素的存在,並修正已知

元素的原子量。

4. 西元1913年英國莫斯利(H.Moseley)用陰極射線撞擊金屬產生 X 射線頻

率與週期表中元素之順序有關,認為其順序與原子核內的正電荷多寡有關,即現在的原子序(atomic number)。

1.7 現行元素週期表

1. 現行週期表有七週期(period)、18 族(group),共 117 個元素。

2. 同行(族)元素,化學性質相似,同列(週期)元素性質變化大,但有

其規律性。

3. 近年來 IUPAC 建議將週期表由左至右分 1~18 族,不過 A、B 族的分法仍

相當普遍。

4. 週期表有一階梯狀粗線將元素分為金屬(metals)和非金屬(nonmetals)兩

類。其中還有類金屬(metalloid)。亦有兩性元素(amphoteric elements)。

5. 各族依其特性而另有別稱:

ⅠA 族除了 H 稱為鹼金屬(alkali metals)。

ⅡA 族稱為鹼土金屬(alkaline earth metals)。

ⅦA 族稱為鹵素(halogens)。

ⅧA 族稱為惰性氣體(noble gases)。