你知道週期表有哪些週期性嗎？ 除了元素排列的次序 是依據原子核內帶正電質子的數目 由少排列到多之外 你還知道不同元素的原子 它們的原子大小趨勢嗎？ 依據我們學過的知識 隨著原子序的增加 原子核外的電子數會越來越多 是否意味著原子大小 也是跟著原子序增加而越來越大呢？ 不見得喔！ 以下就來探討週期表上眾多元素 它們原子大小的趨勢吧！ 依據量子力學的模型 原子的核外電子在軌域上不停的運動 核外電子可能出現在原子核附近 或者是出現在距離原子核很遠的地方 電子軌域的分布空間並沒有明顯的界線 所以我們無法真正測得氣態原子的實際大小 於是科學家想到一些方法來估計原子大小 其中最常見的方法 就是假設原子為一個球體 當兩個原子因為化學鍵而緊鄰在一起的時候 科學家測量這兩個原子的原子核之間的距離 並稱這個距離為核間距 而核間距離的一半 就是該原子的半徑大小了 由於原子間形成的化學鍵種類不同 因此接下來簡單介紹兩種常用的半徑表示法 1.金屬半徑 在金屬原子間以金屬鍵所形成的金屬晶格中 金屬原子核間距離的一半 稱為該原子的金屬半徑 2.共價半徑 兩個相同非金屬原子間以共價鍵連接時 其原子核間距離的一半 稱為該原子的共價半徑 現在已經能夠用間接的方式知道原子半徑的大小了 經過這百年來很多科學家努力研究 讓我們也能夠輕易的搜尋到週期表上各個原子半徑大小的數字 但這是否代表我們要將這些數據記憶下來？ 以便於未來使用？ 這顯然是不切實際的做法！ 我們應該做的 是利用元素週期表的規律性 歸納出原子半徑大小的趨勢 以利於未來我們在討論各種化學現象時 作為考慮的因素之一 現在我們利用週期表排列的格式 分別討論如下 1.同族元素 原子半徑隨著原子序的增加而增加 原因解釋 同族元素 隨著原子序增加 以第一族的氫原子和鋰原子為例 外層電子所處軌域的主量子數也跟著增加 電子離原子核越遠 所以原子半徑越大 2.同一週期的典型元素 原子半徑由左至右遞減 原因解釋 同一週期的典型元素 外層電子軌域都在同一個主量子數下 此時核電荷的大小占有決定性因素 以第二週期的鋰原子 鈹原子、硼原子和碳原子為例 核電荷增加 對同層電子吸引力也增加 原子半徑反而越小 在這裡需要注意的是 此規律性只適用在典型元素上 過渡元素規律性較不明顯 因此只要注意那些有規律性的部分即可 現在已經知道原子大小的規律性後 請你思考一下 下列有2個例子 你可以排列出它們原子半徑的大小順序嗎？ 1.第17族的元素 氟、氯、溴、碘 2.第三週期的元素 鈉、鎂、鋁、矽、磷、硫、氯、氬 答案 1.的順序由小到大為：氟、氯、溴、碘 而2.的順序 由大到小為 鈉、鎂、鋁、矽、磷、硫、氯、氬 除了原子大小半徑比較之外 元素還有另外一種半徑稱為離子半徑 以元素週期表來說 金屬元素容易失去電子而形成陽離子 因為原子失去電子 使得電子總數目減少 電子與電子間的斥力減小 所以電子在原子核外的活動範圍縮小 以鋰原子和鋰離子為例 原子形成陽離子後的半徑變小了 而非金屬元素則是相反 它容易獲得電子而形成陰離子 其原子獲得電子 在原子核內帶正電荷質子數目不變的情況下 因為核外的電子數增加 電子與電子間的斥力變大 所以電子在原子核外的活動範圍變大 以氟原子和氟離子為例 原子在形成陰離子後 半徑變大了 說了這麼多 避免聽得頭暈腦脹 你只需記住一個結論 同一個元素 電子數目越多 半徑就越大！ 在這裡舉幾個例子 能讓你更清楚離子半徑與原子半徑間的大小趨勢 例如 鐵元素有帶正2價與帶正3價的陽離子 它們與中性鐵原子的半徑大小比較為 鐵原子＞帶正2價鐵離子＞帶正3價鐵離子 另外一個例子是 我們知道鹵素元素容易帶負1價的陰離子 當我們要比較帶負1價的氯陰離子 與中性的氯原子半徑誰大誰小 數據上給的答案是 帶負1價氯離子＞氯原子 至於我們另外關心的 同族元素在價電子相同的情況下 它們也容易形成帶有相同電荷的離子 它們之間的離子半徑大小趨勢為何？ 放心 它們跟之前你在原子半徑學到的經驗一樣 半徑隨著原子序的增加而增加 例如 第1族金屬陽離子半徑的大小為 鋰離子＜鈉離子＜鉀離子＜銣離子＜銫離子 還有 第17族的鹵素陰離子的半徑大小為 氟離子＜氯離子＜溴離子＜碘離子 為了讓我們在未來判斷半徑大小的趨勢能夠更靈活運用 接下來要補充最後一個觀念 那就是等電子數系列元素的概念 所謂的等電子數系列元素 指的就是具有相同電子數的粒子 以氧離子和氟離子為例 如畫面 又例如 鈣離子、鉀離子、氬原子、氯離子、硫離子 這些帶電荷離子或是中性的原子 原子核外的電子總數相同 原子核外都是18個電子 這系列的半徑大小判斷方式 是看原子核內帶正電質子的數目 質子數目越多（即原子序越大） 半徑就越小 上述例子的半徑大小為 硫離子＞氯離子＞氬原子＞鉀離子＞鈣離子 在這裡提供一個小小的心得 不知道你觀察到了嗎？ 等電子數系列元素 與之前所講的離子半徑 在判斷半徑大小趨勢時 都會有帶負電越多的離子半徑越大 帶正電越多的離子半徑越小的情況發生 學習完原子半徑與離子半徑的觀念後 讓我們做重點整理吧！ 1.同週期時 原子半徑由左至右漸減 2.同族時（包含同族的陽離子或陰離子） 半徑由上而下漸增 3.同一元素時 電子數目越多 半徑越大 4.等電子數系列的元素 原子序越大 半徑越小 最後在課程結束前 我們再練習排列下面不同原子 磷、硫、氧的半徑大小 請將它們依照原子半徑的大小 由大到小的順序排列出來 答案 帶15個電子的磷＞帶16個電子的硫＞帶8個電子的氧 同學你答對了嗎？ 歡迎在留言區與我們分享你的答案 我們下次見！