動手學科學/物質科學I/尺度

一、先備知識

1. 包立不相容原理：兩個全同的費米子(如電子)不能處於相同的量子態。=>兩個量子組態一樣的電子，不能存在於相同的軌域中。
2. 原子的電子軌域：第一層為 1S ，球形；第二層為 2S,2P_x,2P_y,2P_z；第三層為 3S,3P_x,3P_y,3P_z，其他軌域先忽略。
   • s:1種形狀，球狀對稱
   • p:3種p軌域，形狀一樣但方向不同
   • 同層 S,P_x,P_y,P_z
3. 更完整的電子軌域圖示：

4. 元素電子組態
   s1							s2
   1 氫 1.008							2 氦 4.003
   s1	s2	p1	p2	p3	p4	p5	p6
   3 鋰 6.941	4 鈹 9.012	5 硼 10.81	6 碳 12.01	7 氮 14.01	8 氧 16.00	9 氟 19.00	10 氖 20.18
   11 鈉 22.99	12 鎂 24.31	13 鋁 26.98	14 矽 28.09	15 磷 30.97	16 硫 32.07	17 氯 35.45	18 氬 39.95
   19 鉀 39.1	20 鈣 40.08

   二、操作

   1. 每組發電子軌域紙、剪刀、雙面膠共用
   2. 參考前人的模型
   3. 組合出二氧化碳…等分子：H₂，O₂，H₂O，CO₂，CH₄
   4. 組合出金屬導線，並用以解釋電流為什麼可以輕易在金屬中流動。
      1. 先從元素電子組態中找到要使用的原素。
      2. 看那個元素電子有幾層，在紙模型上剪出相應的電子軌域層數，並在中心部位(原子核部位)寫上元素符號。
      3. 查出該原子共應有幾顆電子，由內層到外層，用筆畫濃點表示電子，每個軌域可以空著、放入一顆電子、放入兩顆電子，但不能放入三顆或更多電子。
      4. 運用「兩個原子各只有一顆電子的軌域可以融合，讓融合後的軌域可以擁有兩顆電子」的原理，結合兩個或更多原子。氫原子軌域融合圖示
   5. 對照球桿模型，做出H₂，O₂，H₂O，CO₂，CH₄等分子

   H2(氫)	O2(氧)	H20(水)	CO2(二氧化碳)	CH4(甲烷)

   常見分子

   去 http://jendo.org/wiki1231/index.php?title=化學鍵#.E5.90.84.E7.A8.AE.E5.88.86.E5.AD.90 參看更多種常見分子，可以試著組組看哦！

   三、探究問題

   將立體的S,P_x,P_y,P_z 的原子外圍電子軌域，簡化成紙本平面的四個軌域，會有哪些模擬不完整的地方？

   Ans: 平面與立體的差別

   固體表面為什麼不會互相浸入的問題？

   Ans: 包立不相容原理。

   金屬為什麼有導電的特性？

   Ans:

   • 導電的特性為電子容易移動。
   • 金屬元素最外層的軌域，都有很多空間可以讓電子進入，因此當很多個金屬原子連在一起時，就會形成一個通道方便電子移動。