⚛️ Batch 1 · 原子結構 Atomic Structure
Topic 2 Microscopic World I · p01–p08 · 8 頁教材精華整理 🆕 新增
1️⃣ 元素分類 (Classification of Elements)
把元素分類是化學的基礎。化學家按元素性質分成三大類：
| 分類 | 英文 | 特性 | 例子 |
|---|---|---|---|
| 金屬 | Metals | 常溫下固態、有光澤、可導電導熱、可鍛打 | Na、Mg、Fe、Cu、Au |
| 非金屬 | Non-metals | 固態/液態/氣態都有、不可導電、易脆 | C、S、O₂、Cl₂ |
| 類金屬 | Metalloids | 性質介於金屬與非金屬之間 | Si、Ge、B |
💡 記憶口訣：「金屬有光澤，非金屬沒光澤；金屬可導電，非金屬不導電」
2️⃣ 原子模型的演變 (Historical Development)
從古到今，科學家不斷修正對原子的看法：
🔹 Dalton (道爾頓) — 原子是不可分割的實心小球 (1803)
- 所有元素都由極小的、不可分割的粒子組成
- 同一元素的原子相同，不同元素的原子不同
🔹 Thomson (湯姆生) — 葡萄乾布丁模型 (1904)
- 陰極射線實驗發現 電子
- 原子內均勻分布正電荷，電子嵌在其中
🔹 Rutherford (拉塞福) — 行星模型 (1911)
- α 粒子散射實驗：用 α 粒子撞擊金箔
- 結果：大部分穿過、少數大角度偏轉、極少數反彈
- 結論：原子中心有 帶正電的原子核，電子繞核運行
⚡ Rutherford 結論口訣：「大部穿過（原子內大部分是空的）、少數偏轉（經過原子核附近）、極少反彈（正面撞擊）」
🔹 Bohr (波耳) — 電子殼層模型 (1913)
- 電子只能在特定 能層（殼層） 上運行
- 電子不會掉入原子核（因為有特定軌道）
🔹 電子雲模型 (Quantum Model, 1926)
- Schrödinger 提出「軌態 (orbital)」概念
- 電子不是沿固定軌道運動，而是以「機率雲」形式分布
- 雲層最密的地方，電子出現的機率最高
🧠 記憶技巧：「湯姆生的葡萄乾 → 拉塞福的行星 → 波耳的軌道 → 薛丁格的雲」
3️⃣ 亞原子粒子 (Subatomic Particles)
原子由三種粒子組成：
| 粒子 | 電荷 | 相對質量 | 位置 |
|---|---|---|---|
| 質子 Proton | +1 | 1 | 原子核 |
| 中子 Neutron | 0 | 1 | 原子核 |
| 電子 Electron | −1 | 1/1836（極小） | 核外電子雲 |
💡 原子為何中性？
質子數 = 電子數 → 正負電荷抵消 → 整體不帶電
質子數 = 電子數 → 正負電荷抵消 → 整體不帶電
4️⃣ 原子序、質量數、同位素
🔹 原子序 (Atomic Number, Z)
原子序 Z = 質子數
決定元素身份的關鍵 — 同一元素的原子序相同。
🔹 質量數 (Mass Number, A)
質量數 A = 質子數 + 中子數
🔹 中子數
中子數 = 質量數 − 原子序 = A − Z
🔹 中性原子的電子數
電子數 = 質子數 = 原子序 Z
🔹 符號表示法
📝 範例：氯原子 Cl
標示為
• 原子序 = 17（17 個質子）
• 質量數 = 35
• 中子數 = 35 − 17 = 18
• 電子數 = 17（中性原子）
標示為
³⁵₁₇Cl• 原子序 = 17（17 個質子）
• 質量數 = 35
• 中子數 = 35 − 17 = 18
• 電子數 = 17（中性原子）
🔹 同位素 (Isotopes)
同一元素但中子數不同的原子：
- 質子數相同 → 化學性質相同
- 中子數不同 → 質量數不同、質量不同
- 地球上大部分氫原子沒有中子（只有 ¹₁H），少數有 1 個中子（²₁H，稱為氘）
🧠 同位素記憶：「同質子、中子異 = 同位素」
5️⃣ 前 20 個元素速記
| 原子序 | 符號 | 中文 | 英文 | 質子 | 電子 | 常見中子 | 質量數 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | H | 氫 | Hydrogen | 1 | 1 | 0 | 1 |
| 2 | He | 氦 | Helium | 2 | 2 | 2 | 4 |
| 3 | Li | 鋰 | Lithium | 3 | 3 | 4 | 7 |
| 4 | Be | 鈹 | Beryllium | 4 | 4 | 5 | 9 |
| 5 | B | 硼 | Boron | 5 | 5 | 6 | 11 |
| 6 | C | 碳 | Carbon | 6 | 6 | 6 | 12 |
| 7 | N | 氮 | Nitrogen | 7 | 7 | 7 | 14 |
| 8 | O | 氧 | Oxygen | 8 | 8 | 8 | 16 |
| 9 | F | 氟 | Fluorine | 9 | 9 | 10 | 19 |
| 10 | Ne | 氖 | Neon | 10 | 10 | 10 | 20 |
| 11 | Na | 鈉 | Sodium | 11 | 11 | 12 | 23 |
| 12 | Mg | 鎂 | Magnesium | 12 | 12 | 12 | 24 |
| 13 | Al | 鋁 | Aluminium | 13 | 13 | 14 | 27 |
| 14 | Si | 矽 | Silicon | 14 | 14 | 14 | 28 |
| 15 | P | 磷 | Phosphorus | 15 | 15 | 16 | 31 |
| 16 | S | 硫 | Sulphur | 16 | 16 | 16 | 32 |
| 17 | Cl | 氯 | Chlorine | 17 | 17 | 18 | 35 |
| 18 | Ar | 氬 | Argon | 18 | 18 | 22 | 40 |
| 19 | K | 鉀 | Potassium | 19 | 19 | 20 | 39 |
| 20 | Ca | 鈣 | Calcium | 20 | 20 | 20 | 40 |
🧠 前 20 元素記憶口訣：
「氫氦鋰鈹硼、碳氮氧氟氖、鈉鎂鋁矽磷、硫氯氬鉀鈣」
英文版：「H He Li Be B, C N O F Ne, Na Mg Al Si P, S Cl Ar K Ca」
「氫氦鋰鈹硼、碳氮氧氟氖、鈉鎂鋁矽磷、硫氯氬鉀鈣」
英文版：「H He Li Be B, C N O F Ne, Na Mg Al Si P, S Cl Ar K Ca」
6️⃣ 電子排列 (Electron Arrangement)
電子按能層（殼層）由內而外排列：
- 第 1 殼層：最多 2 個 電子
- 第 2 殼層：最多 8 個 電子
- 第 3 殼層：最多 8 個 電子（適用於前 20 元素）
💡 填殼層規則：先填滿內殼層，再填外殼層（外殼層未滿 8 個時，原子不穩定）
🔹 常見原子的電子排列
| 元素 | 電子數 | 電子排列 |
|---|---|---|
| H（氫） | 1 | 1 |
| He（氦） | 2 | 2 |
| Li（鋰） | 3 | 2, 1 |
| C（碳） | 6 | 2, 4 |
| O（氧） | 8 | 2, 6 |
| Ne（氖） | 10 | 2, 8 |
| Na（鈉） | 11 | 2, 8, 1 |
| Cl（氯） | 17 | 2, 8, 7 |
| Ar（氬） | 18 | 2, 8, 8 |
7️⃣ Batch 1 重點總結
- 元素分類：金屬、非金屬、類金屬
- 原子模型演變：Dalton → Thomson → Rutherford → Bohr → 電子雲
- 原子結構：原子核（質子 + 中子）+ 核外電子
- 三個關鍵數字：原子序 Z、質量數 A、中子數 N = A − Z
- 中性原子：電子數 = 質子數 = Z
- 同位素：同 Z、不同 N
- 電子排列：2, 8, 8, 2...（先填內殼層）
🎯 DSE 考試常考陷阱：
• 問「電子數」時，先看是否為離子（中性原子 = Z）
• 同位素的化學性質相同，但物理性質不同（如密度、擴散速度）
• 「原子序」決定元素，「質量數」決定同位素
• 問「電子數」時，先看是否為離子（中性原子 = Z）
• 同位素的化學性質相同，但物理性質不同（如密度、擴散速度）
• 「原子序」決定元素，「質量數」決定同位素