原子結構探測器

氫 鹼金族 鹼土族 過渡金屬 後過渡金屬 類金屬 非金屬 鹵素 惰性氣體 鑭系元素 錒系元素 性質未確定 有穩定同位素 無穩定同位素 球形，沒有方向性 啞鈴形，沿三個軸向 花瓣形，四葉或雙葉加環 多葉形，方向性最複雜

氫 氦 鋰 鈹 硼 碳 氮 氧 氟 氖 鈉 鎂 鋁 矽 磷 硫 氯 氬 鉀 鈣 鈧 鈦 釩 鉻 錳 鐵 鈷 鎳 銅 鋅 鎵 鍺 砷 硒 溴 氪 銣 鍶 釔 鋯 鈮 鉬 鍀 釕 銠 鈀 銀 鎘 銦 錫 銻 碲 碘 氙 銫 鋇 鑭 鈰 鐠 釹 鉕 釤 銪 釓 鋱 鏑 鈥 鉺 銩 鐿 鎦 鉿 鉭 鎢 錸 鋨 銥 鉑 金 汞 鉈 鉛 鉍 釙 砈 氡 鍅 鐳 錒 釷 鏷 鈾 錼 鈽 鋂 鋦 鉳 鉲 鑀 鐨 鍆 鍩 鐒 鑪 𨧀 𨭎 𨨏 𨭆 䥑 鐽 錀 鎶 鉨 鈇 鏌 鉝 鿬 鿫

CASE 02 · 證物分析儀 原子結構探測器

Atomic Structure Explorer · 輸入電子數，讀出這顆原子的完整身分資料

INPUT 輸入欄位

電子數 Electrons

預設以中性原子計算，因此 原子序 Z = 質子數 = 電子數。 要看離子，請用下方「離子」列切換 — 注意 Fe 填入時 4s 先填，離子化時卻是 4s 先被移走。

PERIODIC TABLE 週期表 · 點選任一元素

鹼金族鹼土族 過渡金屬後過渡金屬 類金屬非金屬 鹵素惰性氣體 鑭系錒系 性質未確定

IDENTITY 元素身分

Fe

鐵

過渡金屬

原子序 Z

26

質子數 Protons

26

中子數 Neutrons

30A=56

電子數 Electrons

26

原子量 Atomic weight

55.845amu

可能價數 Valence

+3,+2

IONS 離子 · 點選觀察電子組態如何改變

中子數取天然含量最高的同位素計算（質量數 A 減去 Z）。 同一元素的不同同位素中子數不同，原子量則是各同位素的加權平均。

ATOM MODEL 原子模型

紅色為原子核（質子 p + 中子 n），藍點為電子，每一圈代表一個殼層 K, L, M, N… 這是波耳「軌道 orbit」模型：把電子畫成沿固定圓周運行。它解釋了能階量子化，但電子其實沒有這樣的路徑。

這是軌域 orbital：電子出現機率的分布形狀，由實球諧函數計算而得。 切面上的藍色與紅色代表波函數的正負相位，不是電荷。相位是共價鍵能不能成鍵的關鍵。

d 次殼層共 5 個軌域 · 花瓣形

波函數為正 波函數為負

ELECTRON CONFIGURATION 電子組態 · 點任一次殼層可看它的軌域形狀

簡寫

價電子 2 n = 4 最外層（綠色標示）的電子，決定這個元素怎麼跟別人鍵結

注意：這是過渡金屬，未填滿的 次殼層（黃色標示）也會參與鍵結，因此它可以有多種價數。 但依課本定義，價電子仍只算最外層那幾個。

ORBITAL FILLING 軌域填充（依洪德規則 Hund's rule）

同一次殼層的軌域，電子會先各佔一個、自旋同向，全部單佔之後才開始配對 — 因為同一個軌域裡的兩個電子距離最近、相斥最強。綠框為最外層。

QUANTUM NUMBERS 量子數 · 最後填入的那一個電子（差異電子）位於 3d

3

n 主量子數
殼層 / 能階

2 (d)

l 角量子數
次殼層 / 形狀

-2

m_l 磁量子數
軌域方位

-1/2

m_s 自旋量子數
自旋方向

軌域形狀 花瓣形

該次殼層 共 5 個軌域， 最多容納 10 個電子。紅色為這顆電子所在的軌域：

四個量子數 (n, l, m_l, m_s) 像門牌號碼：市 → 區 → 街 → 門號。 依包立不相容原理，沒有任何兩個電子的四個量子數會完全相同。

ISOTOPES 同位素 · 共 4 種 有穩定同位素

同位素中子數 精確質量 amu天然含量 貢獻 f·A

加權平均 Σ f_iA_i = 55.8450 amu  ·  週期表所列原子量 = 55.845 amu  ·  誤差 0.00%
這就是 CASE 1 的答案 — 原子量不是整數，因為我們量到的從來不是一顆原子，而是一整群同位素的加權平均。

CT3309301 工程材料 Engineering Materials Ch.02 原子結構與原子間鍵結 先進工程材料實驗室 AEML · NTUST 營建工程系