单元一电子与原子.DOC

單元一 電子與原子 1─1 電解與法拉第定律 1800年伏打發明電池之後，科學家開始利用電池作各種的實驗，而發現電解的現象，即通過電流之後能把化合物分解的現象。英國的科學家法拉第發現兩個很重要的經驗定律。 第一：電解任何物質時，所析出的物質質量與通入的總電量成正比。 第二：析出一莫耳元素所需的電量必為96500庫倫的整數倍。 因此科學家相信電量必定有一個最小的單位，而最小單位的電量一直到十九世紀末發現電子才得到解答。及一個法拉第＝96500庫倫＝一莫耳電子的帶電量。 1─2 電子的發現 十九世紀中期科學家發明了“陰極射線管”構造如圖所示。內接一金屬板，外接一電源的正負極，整個玻璃管為密封，壓力為10-2~10-4大氣壓。通上高壓直流電之後，雖看不到管內物質的流動，但利用檢流計可偵測電流的存在，因為物質由陰極跑出來，所以稱為陰極射線。 陰極射線的特質如下： 射線打到玻璃上，使玻璃發出淡綠色的光。 射線以直線前進。 射線遇到障礙物被阻擋而產生陰影。 會使轉輪片轉動。如圖所示。 在玻璃管外加上磁場，會使陰極射線偏向。 不論陰極板的材料為何，所發出的陰極射線的性質都相同。 1897年英國科學家湯木生經實驗證明陰極射線為一帶負電的粒子，利用磁場的偏折程度，計算出電荷對質量的比q / m為1.76 ×108庫倫/克，同時也發現不同陰極材料所發出來的陰極射線其比值均相同，而稱為電子。 1─3 米立坎實驗 米立坎觀察一些帶電的油滴載重力與靜電力之下的運動情形，發現油滴帶電量為一最小帶電量的整數倍，e＝1.6×10-19庫倫的電荷量。 e＝96500/6.02×1023＝1.60×10-19庫倫 從米立坎量得的q值以及湯木生量得的q/m值，可以計算出電子的質量為m＝9.1×10-31仟克。 1─4 拉瑟福原子模型 1906年拉瑟福發現湯木生的原子模型不正確，以α粒子撞擊金屬薄膜，觀察α粒子散射的情形，如圖所示。發現大部分的α粒子會直線前進，少數α粒子會偏折，推而證明原子內部空間為空空的。 1─5 氫原子光譜 1913年波耳探究氫原子光譜，提出有關何外電子的理論： 氫原子的電子，在一定距離的軌道做圓周運動，電子在軌道上運動時具有一定的能量。能量的高低以能階來表示，從核外分別以n代表的1，2，3，4…等量子數表示。 n＝1表示其半徑最小，電子所具的能量最低，n越大表圓周運動的半徑大，電子所具有的能量越高。 電子在最低能階的狀態稱為“基態”，當原子吸收外來能量時，電子能躍遷較高的能階，這時的電子即在“激發態”。 電子從較高的能階回到較低的能階的時候，會釋放一定量的能量，能量以光的方式放出時，產生光譜。氫原子光譜如圖所示。 波耳導出電子在各軌道所具能量的方程式如下： En＝─（2.179×10-18J）/ n2 n＝1，2，3… 電子釋放的光譜頻率： ν＝（3.289×1015 s-1）（1/22 ─1/n2） n=3，4，5… 1─6 電子軌域 拉瑟福與波耳的原子模型，均認為原子內的電子沿著一定的軌道，在原子核的周圍做圓周運動。而在量子力學的發展下，發現核外的電子的運動並非那麼單純，一般而言只能預測電子在原子核附近的空間所出現的機率，這電子出現的區域叫做軌域。 每一個主量子數n的能階包括有副層軌域，各以s，p，d，f…等符號表示之。 s軌域 軌域數為n2個 n＝1時，n2＝12＝1，電子在原子核的周圍以對稱的球狀質點方式分布，1s離原子核0.53?處出現的機率最大。 n＝1時可寫成1s電子。 n＝2時n2＝22＝4，表示有四個軌域，主量子數相同，但副層軌域能量不同。 2.p軌域