原子結構

原子核、電子組態、軌域、能階、原子模型、原子光譜

焰色試驗法(flame test)

焰色試驗法(flame test)
臺北市立第一女子高級中學二年級李盈萱 /臺北市立第一女子高級中學化學科周芳妃老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

焰色試驗法(flame test)是根據元素獨特的放射光譜(emission spectrum)偵測元素離子成份的方法,而金屬離子是常見樣品。簡易焰色試驗法是將待測固體或溶液放在本生燈火焰(bunsen flame)上加熱,並觀察最後的焰色。實驗中常用鉑絲、鎳鉻合金絲或一些活性較小的金屬線,做成一個小圈狀來盛載帶測樣品,而這些金屬線可以用濃鹽酸或其他強酸重複洗淨再使用。
  
鈉離子是許多化合物中常見的元素,其明亮的金黃色火焰在焰色試驗法中,會影響到其他離子焰色的顯現,所以在做實驗時,常使用鈷藍玻璃(cobalt blue glass,含有鈷離子的深藍色玻璃),來濾除鈉離子所產生的焰色,如此才可更容易的觀察到其他離子的焰色。

週期表的結構

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

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」。

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

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

洪德定則

洪德定則(Hund’s Rule)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

洪德定則是1925年由德國物理學家弗萊德里希•洪德(Friedrich Hund)所提出的。

其主要內容有以下三點:(第3點於1927年附加)

1.在已確定的電子組態 (electron configuration)中, 有最大多重性 (multiplicity)者(最大S值),則有最低的能量。【S 為總自旋量子數 (the total spin angular momentum)】

門得列夫(Dmitri Mendeleev) Ⅱ

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

請參閱:門得列夫(Dmitri Mendeleev)I

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!」

門得列夫(Dmitri Mendeleev)Ⅰ

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。

包立 (Wolfgang Pauli) Ⅲ

包立 (Wolfgang Pauli) Ⅲ
國立中山大學董騰元教授責任編輯

趣聞軼事

包立希望自己能夠成為一位實驗物理學家,可是很奇怪的是每當他接近實驗室時,實驗室內的儀器不是忽然間故障失效,就是莫名奇妙地著火或爆炸。「包立效應」(Pauli effect)指著就是「只要包立在附近,實驗設備就要遭殃」的奇特現象;包立本人也意識到此現象,而每當「包立效應」體現時,他也會一笑置之。有一次,在義大利的某實驗室莫名失火,大家都找不出原因,有人開玩笑說:「如果包立在這附近,就可以解釋得通了。」結果翻開隔天報紙,大家非常驚訝地發現,起火當時,包立恰好坐火車通過此處!

元素週期表(Periodic table)

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。

電子組態

電子組態 (Electron configuration)
國立中山大學化學系董騰元教授責任編輯

電子組態 (electron configuration)是指電子在原子、分子或其他物理結構中的每一層電子殼層中的排列順序及排列形態。

簡單地說,就是電子佔有軌域 (orbital)的分布狀況。電子同時具有波動性和粒子性的本質,它必須遵守量子力學(Quantum mechanics),而不是一般的古典物理學。

電子能夠以一個光子(photon)的形式從一個軌域能階 (energy level)移到另一個軌域能階並且發射 (emission)或吸收 (absorption)一個量子 (quantum)的能量;由於包立不相容原理(Pauli exclusion principle),沒有兩個以上的電子可以存在於某個原子軌域,因此,一個電子只可激發(excitation)或鬆弛(relaxation)到另一個有空缺位置的軌域。

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