前言



第1部週期表

第1章　什麼是原子.................................................... 9

118元素的週期表.......................................... 10

1-1 原子的形成......................................................... 12

1-2 原子和元素有什麼不同...................................... 14

1-3 原子的形狀......................................................... 16

1-4 原子序................................................................. 18

1-5 同位素................................................................. 20

1-6 亞佛加厥數......................................................... 22

1-7 放射性................................................................. 24

1-8 核衰變與原子核................................................. 26



第2章　什麼是電子.................................................. 28

2-1 電子殼層............................................................. 30

2-2 量子數與電子性質.............................................. 32

2-3 電子雲................................................................. 34

2-4 電子的外觀......................................................... 36

2-5 電子殼層與軌域................................................. 38

2-6 軌域的形狀......................................................... 40

2-7 填入軌域的規則................................................. 42

2-8 K層與L層的電子組態......................................... 44

2-9 最外層電子與原子性質...................................... 46



第3章　什麼是週期表.............................................. 48

3-1 週期表是元素的月曆.......................................... 50

3-2 週期表的骨架：族與週期.................................. 52

3-3 週期表反映電子組態.......................................... 54

3-4 典型元素與過渡元素.......................................... 56

3-5 過渡元素與電子軌域.......................................... 58

3-6 電子組態與元素的分類...................................... 60

3-7 各種週期表......................................................... 62



第4章　週期表的原子和分子................................ 64

4-1 原子半徑的週期性.............................................. 66

4-2 離子價的週期性................................................. 68

4-3 游離能的週期性................................................. 70

4-4 電負度的週期性................................................. 72

4-5 酸性氧化物與鹼性氧化物.................................. 74

4-6 分子的性質......................................................... 76

4-7 化學鍵結............................................................. 78

4-8 離子鍵與金屬鍵................................................. 80

4-9 共價鍵與分子間力.............................................. 82

4-10 化學鍵結與週期表..............................................



第5章　週期表與物理性質..................................... 86

5-1 物質狀態：氣態、液態與固態.......................... 88

5-2 熔點與週期表..................................................... 90

5-3 固態與結晶......................................................... 92

5-4 結晶形態與週期表.............................................. 94

5-5 金屬元素的性質................................................. 96

5-6 金屬元素與週期表.............................................. 98

5-7 組成宇宙的元素............................................... 100

5-8 組成地球的元素............................................... 102

5-9 組成生物體的元素............................................ 104

5-10 稀有金屬與稀土金屬........................................ 106

5-11 分布不均的稀有金屬........................................ 108



第Ⅱ部　典型元素性質

第6章　1族、2族與12族元素.............................. 110

6-1 1族元素............................................................. 112

6-2 氫元素............................................................... 114

6-3 其他1族元素：鹼、金屬................................. 116

6-4 2族元素：鹼土金屬......................................... 118

6-5 鎂與鈣............................................................... 120

6-6 其他2族元素..................................................... 122

6-7 12族元素：鋅族............................................... 124

6-8 鋅、鎘與汞的性質............................................ 126



第7章　13~15族元素............................................ 128

7-1 13族元素：硼族............................................... 130

7-2 硼與鋁............................................................... 132

7-3 其他13族元素................................................... 134

7-4 14族元素：碳族............................................... 136

7-5 碳與矽............................................................... 138

7-6 其他14族元素................................................... 140

7-7 15族元素：氮族............................................... 142

7-8 氮與磷............................................................... 144

7-9 其他15族元素................................................... 146



第8章　16∼18族元素........................................... 148

8-1 16族元素：氧族............................................... 150

8-2 氧與硫............................................................... 152

8-3 其他16族元素................................................... 154

8-4 17族元素：鹵素............................................... 156

8-5 氟與氯............................................................... 158

8-6 其他17族元素................................................... 160

8-7 18族元素：惰性氣體....................................... 162

8-8 氦與氖............................................................... 164

8-9 其他18族元素................................................... 166



第Ⅲ部　過渡元素性質

第9章　過渡元素各論............................................ 168

9-1 過渡元素種類................................................... 170

9-2 4族元素：人工鑽石......................................... 172

9-3 5族元素：有機起源論的證據.......................... 174

9-4 6族元素：製造燈絲......................................... 176

9-5 7族元素：深海的塊狀物................................. 178

9-6 8族元素：有機化學的觸媒.............................. 180

9-7 9族元素：上釉、鍍金..................................... 182

9-8 10族元素：補牙的合金................................... 184

9-9 11族元素：貴重金屬的代表............................ 186



第10章　稀土金屬元素 ................................188

10-1 稀土金屬元素種類............................................ 190

10-2 稀土金屬電子組態............................................ 192

10-3 稀土金屬物理性質............................................ 194

10-4 稀土金屬精製................................................... 196

10-5 稀土金屬生產................................................... 198

10-6 稀土金屬發光性............................................... 200

10-7 稀土金屬磁性................................................... 202

10-8 稀土金屬超導性............................................... 204



第11章　錒系元素.................................................. 206

11-1 錒系元素電子組態............................................ 208

11-2 主要的錒系元素............................................... 210

11-3 鈾的同位素....................................................... 212

11-4 鈾的核分裂....................................................... 214

11-5 原子反應爐的條件............................................ 216

11-6 原子反應爐的結構與運轉................................ 218

11-7 高速滋生反應爐............................................... 220

11-8 超鈾元素........................................................... 222



索引............................................................................. 225

前言



　　本書透過週期表來認識原子的結構、特性與反應。一說到週期表，大家可能會想起高中時代討厭的化學，使心情沮喪起來，但本書絕非艱澀無趣的書，相反地，本書企圖邀請大家進入簡單有趣的週期表世界，進一步踏入化學的世界。宇宙由物質所組成，所有物質由原子所組成。宇宙中存在的物質種類無限多，但組成物質的原子僅有90種，這90種原子聚集、結合成分子，分子再聚集成物質。原子的結構很單純，像雲合成的球狀物，正中間有小小的原子核。原子核周遭圍繞著電子雲，裡面有＋1的帶電質子，質子數量稱為原子序Z；組成電子雲的電子帶－1，數量與質子數（原子序Z）一樣，因此整個原子呈電中性。把這些原子集合成的元素，依照原子序的編號排列，排成一列列元素列，可以看出許多有趣的事。Z=1是氫、Z=3是鋰、Z=11是鈉、Z=19是鉀，都是容易失去電子，形成＋1的陽離子，原子性質相似。把這些性質相似的元素排成直行，依序排列成表，則成週期表。原理同於日曆每七天重覆一次，組成月曆。月曆的左右端是星期六和日，週期表的左右端，同族元素，性質和反應特性類似。



　　了解這些，再看看週期表，可以大致推測出元素的特性，例如：1族元素容易形成1價陽離子，2族元素容易形成2價陽離子，以此類推。這是週期表的價值和意義。從週期表看來，奧林匹克金、銀、銅獎牌，在週期表中排列於11族；白金（鉑）和鈀，與金、銀並稱貴金屬，排在金、銀的兩邊。大家所熟知的核能燃料鈾、鈽位於週期表的末端，是很大的元素，而核能未來燃料的釷（Z=90）也是大元素。稀土金屬近來是熱門話題，具有發光性、磁性等特殊性質，是雷射及半導體記憶體不可或缺的原料，具有強力磁性，可以製成超小型馬達，是現代科學常見的元素。稀土金屬屬於3族元素，一共有17個。



　　但，在這17個元素中，有15個元素並未排在週期表本表，而是排在週期表下方，像贈品一樣寫在另外的表格裡，這15個稀土金屬元素屬於鑭系元素，宛如15胞胎，彼此的性質很相似。



　　週期表呈現元素的結構，尤其能忠實呈現電子組態，而電子組態決定原子的性質及反應，所以可以理所當然地說，週期表能呈現原子性質、反應。



　　拿起本書，你會發現高中時代覺得很困難的週期表，竟然可以如此生動活潑、有魅力。學習週期表可說是踏入化學的第一步，我相信閱讀本書，你會對週期表感到親切，而親近化學，甚至燃起對化學的熱情。



　　最後感謝努力製作本書的SoftBank Creative石周子先生、為本書畫出有趣插圖的井口千穗小姐，以及各參考書目的作者及出版社。