原子與元素

出自六年制學程
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物質組成的層次

  1. 基本粒子:上夸克、下夸克、電子、微中子
  2. 核子:質子Quark structure proton.svg、中子Quark structure neutron.svg
  3. 原子
  4. 分子
  5. 聚合分子:蛋白質、DNA、多醣、塑膠

造原子

原子核

這個圖表展示了含有Z個質子和N 個中子的同位素的半衰期(T½),单位是秒

原子序

原子核中,質子的數量。

原子核中,中子與質子的比例

除子氫以外,原子核中,中子與質子的比例由1:1逐漸增加到1.5:1。當原子序逐漸增加時,因為質子之間的排斥力增強,需要更多的中子來使整個原子核變的穩定。因此,當原子序大於20時,就不能找到一個質子數與中子數相等而又穩定的原子核了。隨著原子序的增加,中子和質子的比例逐漸趨於1.5。

由於氫的原子核中只有一顆質子,所以沒有質子之間的排斥力需要克服,於是便不需要中子。

同位素

兩個有著相同質子數的原子屬於同一種元素,而有著相同質子數和不同中子數的則是同一種元素中不同的同位素。例如,所有的氫原子都只有一個質子,但氫原子的同位素有幾種,分別含有零個中子(氕ㄆㄧㄝ.),一個中子(氘ㄉㄠ.),兩個中子(氚ㄔㄨㄢ)以及更多的中子。原子序從1(氫)到118(Uuo)均為已知元素。

穩定的原子核

地球上自然存在約339種核素,其中255種是穩定的,約佔總數79%。80種元素含有一個或一個以上的穩定同位素。第43號元素、第61號元素及所有原子序大於等於83的元素沒有穩定的同位素。有十六種元素只含有一個穩定的同位素,而擁有同位素最多的元素,錫,則有十個同位素。

原子的電子軌域

「軌域」是原子中電子的活動範圍。

前四種電子軌域的名稱與數量:

  1. s:1種形狀,球狀對稱S軌域.jpg
  2. p:3種p軌域,形狀一樣但方向不同Es-Orbitales p.png
  3. d:5種d軌域的形狀D orbitals.png
  4. f:7種f軌域的形狀F orbital.png

填充電子軌域的規則

  1. 每個軌域可以放入 0~2 個電子,但不能放入三個電子。
    • 包立不相容原理:不可有兩個粒子,狀態完全一樣。佔有相同軌域的兩個電子,雖然電性一樣,軌域一樣,但可以自旋方向相反,就不算完全相同。
  2. 由能量低的軌域先填滿。
  3. 電子互相排斥。

原子填充電子軌域的順序.gif

原子填充電子軌域的順序(3D軌域圖示).jpg

週期表

左排週期表
f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6 s1 s2
1
H

1.008
2
He

4.003
3
Li

6.941
4
Be

9.012
5
B

10.81
6
C

12.01
7
N

14.01
8
O

16.00
9
F

19.00
10
Ne

20.18
11
Na

22.99
12
Mg

24.31
13
Al

26.98
14
Si

28.09
15
P

30.97
16
S

32.07
17
Cl

35.45
18
Ar

39.95
19
K

39.1
20
Ca

40.08
21
Sc

44.96
22
Ti

47.88
23
V

50.94
24
Cr

52.00
25
Mn

54.94
26
Fe

55.85
27
Co

58.93
28
Ni

58.69
29
Cu

63.55
30
Zn

65.39
31
Ga

69.72
32
Ge

72.59
33
As

74.92
34
Se

78.96
35
Br

79.90
36
Kr

83.80
37
Rb

85.47
38
Sr

87.62
39
Y

88.91
40
Zr

91.22
41
Nb

92.91
42
Mo

95.94
43
Tc

(97.91)
44
Ru

101.1
45
Rh

102.9
46
Pd

106.4
47
Ag

107.9
48
Cd

112.4
49
In

114.8
50
Sn

118.7
51
Sb

121.8
52
Te

127.6
53
I

126.7
54
Xe

131.3
55
Cs

132.9
56
Ba

137.3
57
La

138.9
58
Ce

140.1
59
Pr

140.9
60
Nd

144.2
61
Pm

(144.9)
62
Sm

150.4
63
Eu

152.0
64
Gd

157.3
65
Tb

158.9
66
Dy

162.5
67
Ho

164.9
68
Er

167.3
69
Tm

168.9
70
Yb

173.0
71
Lu

175.0
72
Hf

178.5
73
Ta

180.9
74
W

183.9
75
Re

186.2
76
Os

190.2
77
Ir

192.2
78
Pt

195.1
79
Au

197.0
80
Hg

200.6
81
Tl

204.4
82
Pb

207.2
83
Bi

209.0
84
Po

(209.0)
85
At

(210.0)
86
Rn

(222.0)
87
Fr

(223.0)
88
Ra

226.0
89
Ac

(227.0)
90
Th

232.0
91
Pa

231.0
92
U

238.0
93
Np

237.1
94
Pu

244.1
95
Am

(243.1)
96
Cm

247.1
97
Bk

(247.1)
98
Cf

(252.1)
99
Es

(252.1)
100
Fm

(257.1)
101
Md

(258.1)
102
No

(259.1)
103
Lr

(262.1)
104
Rf

(265.1)
105
Db
𨧀
(268.1)
106
Sg
𨭎
(271.1)
107
Bh
𨨏
(270.1)
108
Hs
𨭆
(277.2)
109
Mt

(276.2)
110
Ds

(281.2)
111
Rg

(280.2)
112
Cn

(285.2)
113
Uut

(284.2)
114
Fl

(289.2)
115
Uup

(288.2)
116
Lv

(293.2)
117
Uus

(294.2)
118
Uuo

(294.2)
鑭系 錒系 過渡金屬 主族金屬 類金屬 多原子非金屬 雙原子非金屬 鈍氣 鹼金 鹼土 待確認 待發現

原子序顏色:

  1. 氣體:紅色
  2. 液體:綠色
  3. 固體:黑色
  4. 待確認:灰色

左排週期表(依軌域著色)

「左排週期表」變「門得列夫週期表」(同一層對齊):

    • 把從鑭開始15個元素拉到下方成為鑭系元素(f軌域14個+佔d軌域一個位置)。
    • 把從錒開始15個元素拉到下方成為錒系元素(f軌域14個+佔d軌域一個位置)。
  1. 把鹼金、鹼土族搬左邊,下降一層,使同一層對齊。
  2. 把氦搬去鈍氣(惰性元素)
  3. 把氫獨立起來,不屬於任何一族。
族→ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 電子層 0族電子數

週期↓ IA VIIIA
(0)
1 1
H

1.008
II A III A IV A V A VI A VII A 2
He

4.003





K





2
2 3
Li

6.941
4
Be

9.012
5
B

10.81
6
C

12.01
7
N

14.01
8
O

16.00
9
F

19.00
10
Ne

20.18




L
K




8
2
3 11
Na

22.99
12
Mg

24.31
III B IV B V B VI B VII B ┌─VIII B─┐ I B II B 13
Al

26.98
14
Si

28.09
15
P

30.97
16
S

32.07
17
Cl

35.45
18
Ar

39.95



M
L
K



8
8
2
4 19
K

39.1
20
Ca

40.08
21
Sc

44.96
22
Ti

47.88
23
V

50.94
24
Cr

52.00
25
Mn

54.94
26
Fe

55.85
27
Co

58.93
28
Ni

58.69
29
Cu

63.55
30
Zn

65.39
31
Ga

69.72
32
Ge

72.59
33
As

74.92
34
Se

78.96
35
Br

79.90
36
Kr

83.80


N
M
L
K


8
18
8
2
5 37
Rb

85.47
38
Sr

87.62
39
Y

88.91
40
Zr

91.22
41
Nb

92.91
42
Mo

95.94
43
Tc

(97.91)
44
Ru

101.1
45
Rh

102.9
46
Pd

106.4
47
Ag

107.9
48
Cd

112.4
49
In

114.8
50
Sn

118.7
51
Sb

121.8
52
Te

127.6
53
I

126.7
54
Xe

131.3

O
N
M
L
K

8
18
18
8
2
6 55
Cs

132.9
56
Ba

137.3
57-
71
鑭系
元素
72
Hf

178.5
73
Ta

180.9
74
W

183.9
75
Re

186.2
76
Os

190.2
77
Ir

192.2
78
Pt

195.1
79
Au

197.0
80
Hg

200.6
81
Tl

204.4
82
Pb

207.2
83
Bi

209.0
84
Po

(209.0)
85
At

(210.0)
86
Rn

(222.0)
P
O
N
M
L
K
8
18
32
18
8
2
7 87
Fr

(223.0)
88
Ra

226.0
89-
103
錒系
元素
104
Rf

(265.1)
105
Db
𨧀
(268.1)
106
Sg
𨭎
(271.1)
107
Bh
𨨏
(270.1)
108
Hs
𨭆
(277.2)
109
Mt

(276.2)
110
Ds

(281.2)
111
Rg

(280.2)
112
Cn

(285.2)
113
Uut
 
(284.2)
114
Fl

(289.2)
115
Uup
 
(288.2)
116
Lv

(293.2)
117
Uus
 
(294.2)
118
Uuo
 
(294.2)
Q
P
O
N
M
L
K
8
18
32
32
18
8
2
鑭系元素 57
La

138.9
58
Ce

140.1
59
Pr

140.9
60
Nd

144.2
61
Pm

(144.9)
62
Sm

150.4
63
Eu

152.0
64
Gd

157.3
65
Tb

158.9
66
Dy

162.5
67
Ho

164.9
68
Er

167.3
69
Tm

168.9
70
Yb

173.0
71
Lu

175.0
錒系元素 89
Ac

(227.0)
90
Th

232.0
91
Pa

231.0
92
U

238.0
93
Np

237.1
94
Pu

244.1
95
Am

(243.1)
96
Cm

247.1
97
Bk

(247.1)
98
Cf

(252.1)
99
Es

(252.1)
100
Fm

(257.1)
101
Md

(258.1)
102
No

(259.1)
103
Lr

(262.1)

元素圖例:
底色:

鹼金屬 鹼土金屬 鑭系元素 錒系元素 過渡金屬 主族金屬 半金屬 非金屬 鹵素 惰性氣體 待確認

原子序顏色:

  • 氣體:綠色
  • 液體:藍色
  • 固體:黑色
  • 待確認:灰色

中文維基百科上的化學原素週期表

週期表外層電子軌域簡圖

1s1s
2s2p
3s3p
4s3d4p
5s4d5p
6s5d6p
7s6d7p
鑭系4f
錒系5f
元素電子組態
s1 s2
1

1.008
2

4.003
s1 s2 p1 p2 p3 p4 p5 p6
3

6.941
4

9.012
5

10.81
6

12.01
7

14.01
8

16.00
9

19.00
10

20.18
11
Electron shell 011 Sodium - no label.svg
22.99
12

24.31
13

26.98
14

28.09
15

30.97
16

32.07
17

35.45
18

39.95
19

39.1
20

40.08

用週期表背元素

  • sp區八族,八族之首:鋰、鈹、硼、碳,氮、氧、氟、氖(你皮朋嘆,蛋養蝠奶)。八族的第二個元素:鈉、鎂、鋁、矽、磷、硫、氯、氬(娜美女婿,林遛綠鴉)。
  • sp區八族,其中前兩族(鹼金、鹼土)為s區元素,後六族為p區元素:
    1. 鋰、鈉、鉀、銣、銫、鍅
    2. 鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳
    3. 硼、鋁、鎵、銦、鉈
    4. 碳、矽、鍺、鍚、鉛
    5. 氮、磷、砷、銻、鉍
    6. 氧、硫、硒、碲、釙
    7. 氟、氯、溴、碘、砈
    8. 氦,氖、氬、氪、氙、氡
  • 過渡族(d區)之首:鈧、鈦、釩、鉻、錳,鐵、鈷、鎳、銅、鋅。(抗太煩歌猛,鐵箍捏同心)
    1. 鈷、銠、銥
    2. 鎳、鈀、鉑
    3. 銅、銀、金
    4. 鋅、鎘、汞
  • 鑭系、錒系是f區元素

分配同學做元素介紹頁

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  • :蔡依緁
  • :范鎮鈞
  • :丁禾(已)
  • :丁禾(已)
  • :溫書桓(已)
  • :黃玟淇(已)
  • :鄭為綸(已)
  • :柯欣妤
  • :莊惟智(已)
  • :柯智懷(已)
  • :柯智懷(已)
  • :李彥廷(已)
  • :施馨檸(已)
  • :張子宜(已)
  • :洪仁益(已)
  • :施棋澧(已)
  • :沈昀羲(已)
  • :楊京典(已)
  • :黃虹育(已)
  • :黃志翔(已)
  • :曾明哲(已)
  • :陳又甄(已)
  • :邱申晴(已)
  • :劉國安(已)
  • :賴郁欣(已)
  • :葉奕宏(已)
  • :陳思諭(已)
  • :謝酲洊
  • :李哲寬