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第四章 原子結構與元素週期表 §4-1 原子的基本結構 一 . 原子 模型 的建 立： 電子 的發 現： 陰極 射線 ： 氣體 在低 氣壓 和高 電壓 下的 導電 實驗 ( 放電 管的 實驗 ) 1897 年 湯木 生 研究 陰極 射線 的偏 折實 驗， 發現電子 ，並 且測 得 電子 的荷 比 ( e m ) 為 1.76 108 庫侖 /克 。 1909 年 美人 米 立坎 由油 滴實 驗測 得電 子的 電量 為 1.6 ×10 19 庫侖 / 個代入 電子 的 荷質 比， 求得 電子 的質 量為 9.1 ×10 28 克 質譜 儀 陽極 射線 ： 1886 年 德人 高得 斯坦 發現 陽極 射線 。 1906 年湯 木生 精 確的 測 其 荷質 比。發 現：陽 極射 線之 e m 值 比電 子 小，且 隨管 中 之氣 體之 種類 不同而 有變 化 。 (陽 離 子 e m 最大 者為 H + ) 質譜 儀： (陽 極射 線 的運 用 ) 利用 質譜 儀可 以相 當 精確 的測 出各 種原子 、 質子 、 離子與 分子 的質 量 原子 核觀 念的 提出 ：【 拉 塞福 α 粒 子的 散射 實驗 】 1911 年 英人 拉塞 福 利用 α 粒子 ( 氦的 原子 核： He 2+ )打 擊各 種薄 的金 屬箔 片 。 結果 發現 ： (a) 大 部分 (99.9 ﹪ )的 α 粒 子毫 無偏 差的 穿透 只 有少 數的 產生 微小的偏 折 。 (b) 極少 數的 α 粒 子引 起大 角 度的 偏離 ，甚 至有 的幾 乎以 直線 折回 。 (c) 核電 荷愈大 ， 則 α 粒 子 的散 射 角愈大 。 論： 原子 是由 帶正電的 原子 核 (占 有原 子的 大部 分質 量 ) 及 核外 繞著 核運動 電 子所 組成 ， 原子 就像 是一 個小 型的 太陽 系。 原子 序的 建立 ：莫 色勒 的 X 射 線實 驗 1913 年 英人 莫色 勒 利 用 X 射 線，以 電 子轟 擊不 同金 屬的 陽極，會 產生 各種 不同特 定頻 率的 x － ray ，將 實驗 結果 加以 歸納 發現 下列 事實：原 子 序和 x － ray 所生 頻率 的平 方 根成 正比 質子 的發 現： 1919 年 拉塞 福以 α 粒 子 撞擊 氮原 子核 發現 質子 ( 11 H ) 147 N 42 He 178 O 11 H 中子 的發 現： 1932 年 查兌 克使 用鐳 所放 射的 α 粒 子撞 擊鈹 原 子核 發現 了中 子 49 Be 24 He 126 C 01 n . 原子 結構 ： 原 子內 三種 基本 粒子 的特 性 名稱 質 量 電荷 ( 單 位電 荷 ) 電子 0mu － 1 質子 1.007277amu +1 中子 1.008665amu 0 【註 】 1amu=1.66 10 24 克 ； 1 單 位電 荷 =1.602 10 19 庫侖 1 質 量數 ：原 子核 內質 子數 和中 子數 的總 和 稱之 。 即 質量 數 (A) ＝ 質子 數 (Z) ＋ 中子 數 (N) ( 質量 數和 原子 量相 近， 但質量 數 為正 整 數 ) 同 位素 ：原 子序 ( 質 子數 )相 同而 中 子數 不同 的原 子 即： 原子 序 ( 質子 數 ) 相同 而質 量 數不 同的 原子 】 註 】 (a) 同 位素 具有 相同 的化 學性 質， 但物 理性 質 不同 。 中 性原 子其 核外 電子 數和 核 內質子 數相等 。 如 ： D 2 O 中 O 的質 量數 為 16 ， 則一 分 子 D 2 O 中 含 有 個 中 子， 含有 個 質 子， 含有 個 電子 。 現 今的 原子 模型 ： 原 子核 質 子 ( 帶 一個 基本 正電 荷電 量 ) 帶 正電 直徑 約 原 子 10 15 ～ 10 14 m 中子 (不 帶電 ) 電 中性 ，直 徑約 10 10 m 核 外電 子 ＃＃ 練 習 ＃ ＃ 自 然界 中，硼 有 兩種 同位 素 ( 即 10 B 11 B ) 其 原子 量為 10.8 ，則 此兩 者同 位素 的含 量比 ( 10 B ： 11 B ) 為 (A)1 ： 2 (B)1 ： 4 (C)1 ： 6 (D)1 ： 8 有 關拉 塞福 原子 核存 在 的實 驗， 下列 敘述 正確 者： (A) 拉 塞福 以 β 粒 子撞 擊金 箔 (B) 拉 塞福 發現 大部 分用來撞 擊的 粒 子皆 透過金 屬箔，只 有少 數被 反彈 回來 (C) 拉塞 福的 實驗 顯示 出湯 木 生的 原子 模型 和實 驗結 果不 和 (D) 拉 塞 福的 實驗 證實 原子 核是 帶正 電的，並 且是 原