【前言】依道耳頓的原子說，化學反應時，原子重新排列與組合；而原子的重新排列與組合牽涉到電子的共用與轉移，因此電子的排列方式，決定原子的化學性質。

(一) 電子排列的模型

A、 拉塞福的行星模型：

(1) 拉塞福認為，電子沿一定的軌道繞原子核作圓周運動，如同行星繞太陽一般，有一定的軌跡。

(2) 後來發現電子運動的速率極快(約為光速的三分之二)，且運動的空間極大，因而要確定電子出現在那一個位置有困難，只能以機率表示。

(3) 研究顯示，電子在原子核外一定的範圍運轉，形成雲狀分布，稱為電子雲；電子雲由許多小黑點組成，每一個小黑點表示電子曾在該處出現的痕跡。

(4) 電子雲表示電子曾在原子核附近的空間出現的機率，若電子雲愈密，則表示電子出現在該空間的機率愈大。

B、 電子殼層：

(1) 由電子雲的分布顯示，電子並不是沿著特定半徑的軌道運轉，而是像洋蔥一般，有些厚度，稱為殼層，殼層是電子運行的空間，沒有電子的離子，如H離子，就不會出現殼層。

(2) 每一個殼層最多可以容納2n²個電子。

(3) 電子殼層由內而外，分別以n＝1、2、3......標示，n稱為主量子數； n＝1時，最接近原子核，能量最低，也最穩定；n值愈大時，離原子核愈遠，能量也愈高。
前四個殼層，分別為K、L、M、N。

殼層位置	第一層	第二層	第三層	第四層
殼層編號	n＝1	n＝2	n＝3	n＝4
殼層代號	K層	L層	M層	N層
容納電子數	2x1^2＝2	2x2^2＝8	2x3^2＝18	2x4^2＝32

(4) 電子由內層而外層依次排列，每一殼層的電子有特定的能量。

(5) 能量由低到高的順序，如同階梯一般的排列，稱為能階，電子在兩能階間跳躍時，會有能量轉換，由低能階到高能階，需要吸收能量；由高能階到低能階，需要放出能量。

【例1】 有關殼層的敘述，下列何者正確？
(A)M殼層為第二主殼層 (B)L層最多可以填入8個電子 (C)M殼層的軌愈最多能容納18個電子 (D)K殼層距離原子和最近，能量最高 (E)L殼層的能量較M殼層的能量高。

【答案】：(B)(C)

【解析】：(A) 第二主殼層是L層，M層是第三殼層。
(B) L層是n＝2，最多能填入2x2²＝8個電子。
(C) M殼層為n＝3，最多能填入2x3²＝18個電子。
(D) L殼層距離原子核最近，能量最低。
(E) M殼層的能量比L殼的能量高。

【例2】 有關價殼層的敘述，下例何者正確？
(A)為最內層的能階　(B)同族元素之價殼層必相同　(C)同位素之價殼層可能不相同　(D)₁₀Ne之電子組態為2 , 8；其電子恰填滿L層，故無價殼層　(E)屬於第一至第三週期的同列元素之價殼層相同。

【答案】：(E)

【解析】：(A) 價殼層為電子殼層的最外層。
(B) 同族元素的價殼層相同，價電子的排列相同。
(C) 同位素有相同數目的質子，有相同數目的電子，因此電子排列相同。
(D) ₁₀Ne的原子序為10，電組排列為(2，8)，主量子數為n＝2，價殼層為L層，有8個價電子。
(E) 週期表內第一到三週期的銅烈元素，其價殼層相同。

【例3】 主殼層M最多可容納的電子數為　(A)2　(B)8　(C)18　(D)32　(E)50。

【答案】：(A)(B)

【解析】：主殼層為n＝1時稱為K層，能容納的總電子數＝2n²＝2x1²＝2。
主殼層為n＝2時稱為L層，能容納的總電子數＝2n²＝2x2²＝8。
主殼層為n＝3時稱為M層，能容納的總電子數＝2n²＝2x3²＝18。

【例4】 下列有關軌域的敘述，何者正確？
(A)氫原子只有1個電子，因此軌域只有1個 (B)原子呈現最穩定狀態時，電子會出現在能量最低的軌域 (C)科學家預測出電子移動的軌跡 (D)氫原子的電子不能在球形以外的軌域出現。

【答案】： (B)

【解析】：(A) H原子基態的軌域只有1個，但是激發態的軌域有無限多個。
(B) 電子在基態時能量最低，狀態最穩定。
(C) 科學家只能預測出電子在原子四周出現的機率，無法精確描繪電子的運動軌跡。
(D) 電子在殼層出現的機率最大，在其他距離的軌域也有機會出現，

【例5】 下列哪些元素的核心電子數相同？
(A)　(B)　(C)　(D)　(E)。

【答案】：(C)(D)

【解析】：同一週期的元素，其內層的束縛電子(核心電子)相同，僅價電子數目不同。
，，，，

【例6】 下列關於元素性質與其電子排列的敘述，何者正確？
(A)價電子數相同的元素，化學性質相似　(B)A族元素的族數皆等於其價電子數　(C)週期表是依照元素的原子序排列　(D)同一週期的元素，其價電子所在的層數相同　(E)原子序為2與原子序為10的元素，有相似的化學性質。

【答案】：(A)(C)(E)

【解析】：(A) 同一族的元素，其價電子數目相同，因此化學性質相同。
(B) 除了氦族外，He為8A族的元素，但是只有2個價電子。
(D) 僅原子序為前20個的元素，價電子所在的層數相同，例如第四週期的過渡元素，價軌域包含4s和3d，並不在同一階層。
(E) 原子序為2為氦元素，價電子數為2，原子序10為氖元素，價電子數為8；兩者的價電子數不同，但皆為電子全滿的穩定狀態，因此有相似的化學性質。

【例7】 有關鈉原子電子排列方式的敍述，何者正確？（Na之原子序＝11）
(A)其K層有8個電子　(B)其L層有2個電子　(C)其M層有1個電子　(D)電子排列到N層。

【答案】：(C)

【解析】：鈉金屬原子序11，其電子數為(2，8，1)，因此第3層(M層)的電子數有1個。

【例8】 Na^＋離子可能具有下列各組粒子組合之一，其組合以(質子數，中子數，電子數)表示，應為
(A)(11，12，10) (B) (12，11，11) (C) (11，12，11) (D) (12，11，10)。

【答案】：(A)

【解析】：鈉的原子序為11，質量數為23，有11個質子，23－11＝12個中子，鈉離子帶1個正電，墊子數＝11－1＝10個電子，因此 (質子數，中子數，電子數)＝(11，12，10)。

【例9】 和氖原子具有相同電子殼層排列的是下列何者？
(A)氦原子　(B)鋰原子　(C)氧原子　(D)鈉離子　(E)氯離子。

【答案】：(D)

【解析】：氖原子的原子序為10，有10個電子，電子排列為(2，8)，而
(A)氦原子的原子序為2，有2個電子。
(B)鋰原子的原子序為3，電子排列為(2，1)。
(C)氧原子的原子序為8，電子排列為(2，6)。
(D)鈉離子為Na^＋，原子序為11，因為＋1價，因此只有10個電子，電子排列為(2，8)。
(E)氯離子為Cl^－，原子序為17，因為－1價，因此只有18個電子，電子排列為(2，8，8)。

【例10】 教學上有時會用電子式表示原子結構，下列選項中，阿拉伯數字代表質子數，"＋"代表原子核所帶的正電荷，""表示核外電子，則下列何者表示陰離子？

【答案】：(A)

【解析】：(A)有8個正電，2＋8個負電，因此為陰離子。 (B)有9個正電，2＋7＝9個負電，因此為電中性的原子。 (C)有10個正電，2＋8＝10個負電，因此為電中性的原子。 (D)有11個正電，2＋8＋1＝11個負電，因此為電中性的原子。 (E)有12個正電，2＋8個負電，因此為陽離子。

【例11】 下列何者為陽離子？

【答案】：(C)

【解析】：圖中，(A)(D)為電中性的原子； (B)為2個負電的陰離子； (C)帶1個正電的陽離子；
(E)帶1個負電的陰離子。

【例12】 請列出下列原子的電子分布情形。
(1) ₁₂Mg　(2) ₂₀Ca　(3) ₁₅P (4) ₁₅P。

【答案】：(1)(2，8，2) (2)(2，8，8，2) (3)(2，8，5)

(二) 電子的排列和週期表的關係

A、 週期表的橫列稱為週期，直行稱為族。

B、 第一週期的元素最外層填到第一層；第二週期的元素最外層填到第二層；同一週期元素的價電子，由左而右依次增加。

C、 同一族的元素，有相同的價電子數(氦除外)。

D、 電子的排列：

(1) ：只有一個電子，因此分布於最低能階的K層。

(2) ：含有2個電子，由於K層最多能容納2個電子，因此氦的2個電子皆位於K層，且呈全滿，能量最低，性質最穩定。

(3) ：含有3個電子，由於K層最多只能裝2個電子，因此第3個電子分布在能量較高的L層。

(4) ：含有11個電子，由於K層最多只能裝2個電子，而L層最多只能容納8個電子，因此第11個電子分布在能量更高的M層。

(5) ：(2，8，2) ：(2，8，7)

E、 元素的化學性質：

(1) 物質的行程方式和元素的性質有關，而元素的化學性質取決於元素最外層的價電子數，因此同一族的元素，化學性質相類似。

(2) ⅠA族的元素，價電子數皆為1，稱為鹼金族，與水反應都能產生氫氣及鹼性的氫氧化物，其氧化物溶於水，都呈鹼性溶液。

(3) ⅦA族的元素，價電子數都為7，稱為鹵族元素，簡稱鹵素，其氫化物溶於水都能成為酸性溶液。

(4) 惰性氣體(ⅧA族)的化學性質最穩定，除了氦最外層僅有2個電子外，其餘都元素最外層都是8個價電子，達到飽和狀態，因此不易和其他元素相結合，在自然夜中便均以單原子的元素狀態存在。

【例13】 下列各元素之電子排列，何組最外層的電子數相同？
(A)₁₂Mg、₂₀Ca　(B)₃Li、₁₉K　(C)₇N、₁₄Si　(D)₉F、₁₈Ar　(E)₅B、₁₅P。

【答案】：(A)(B)

【解析】：同一族的元素，其價電子的排列相同。
(1) 鹼土族：鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)，其最外層的價電子數皆為2。
(2) 鹼金族：鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)，最外層的價電子數皆為1。
(3) 硼族：硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、鉈(Tl)，最外層的價電子數皆為3。
(4) 碳族：碳(C)、矽(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)，最外層的價電子數皆為4。
(4) 氮族：氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)，最外層的價電子數皆為5。
(5) 鹵族：氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)，最外層的價電子數皆為7。
(6) 氦族：氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)，最外層的價電子呈全滿狀態，
氦的價電子數為2，氖、氬、氪、氙、氡的價電子數皆為8。

【例14】 關於鹼金族及鹵素性質的比較，何者正確？
(A)鹵素元素形成的化合物中鹵素必為價　(B)鹵素元素的熔點隨原子序增加而昇高　(C)鹵素中以氟最活潑，鹼金族以鋰最活潑　(D)鹼金族與水反應生成的氣體均無可燃性。

【答案】： (B)

【解析】：(A)鹵素(Cl、Br、I)有可能出現正的氧化數，如HClO₃中Cl為＋5。
(C)鹵素愈往下，活性愈小，鹼金族愈往下，活性愈大。
(D)鹼金族活性極大，能直接與水發生激烈反應，產生H₂。

【例15】 關於分子的電子點式，書寫正確的是
(A)氨 　(B)四氯化碳 　(C)氮 　(D)二氧化碳 。

【答案】： (C)

【解析】：(A) 　(B) 　(D) 。

(三) 元素性質的規律性

A、 原子半徑的規律性：

(1) 同族元素的原子半徑，隨著原子序的增大而增加(原子半徑由上而下增加)；即原子序愈大，電子殼層愈大。

(2) 同週期A族的原子半徑，隨著原子序的增加而減少(原子半徑由左而右漸減)；即原子序愈大，核電荷與核外的電子靜電力愈強，因此原子序愈大，距離愈近，原子半徑愈小。

(3) 同週期的過渡性元素(B族元素)，由左而右，由於遮蔽效應，因此半徑的變化不明顯。

B、 離子半徑的判斷：

(1) 陽離子由於失去電子，因此陽離子的離子半徑比原子半徑小。
例：Na^＋＜Na、Mg^2＋＜Mg、Al^3＋＜Al。

(2) 陰離子由於獲得電子，因此陰離子的離子半徑比原子半徑大。
例：Cl^－＞Cl、O^2－＞O、F^－＞F、S^2－＞S。

(3) 電子殼層相同的粒子，其原子半徑隨著原子序的增加而減少。
例：Na^＋＞Mg^2＋＞Al^3＋、K^＋＞Ca^2＋、
O^2－＞F^－、S^2－＞Cl^－

(4) 同一族的元素形成相同電核的離子時，離子半徑隨著原子序的增加而增加。
例：K^＋＞Na^＋＞Li^＋、I^－＞Br^－＞Cl^－、Ca^2＋＞Mg^2＋＞Be^2＋。

(5) 同一元素形成不同電荷的陽離子時，離子半徑隨著正電荷數的增加而減少。
例：Fe^2＋＞Fe^3＋、Cr^2＋＞Cr^3＋、Sn^2＋＞Sn^4＋。

(6) 總電子數相同，原子序愈大，半徑愈小。

甲、 陰離子＞中性原子＞陽離子。
例：F^－＞Ne＞Na^＋。

乙、 陽離子電荷多者，半徑較小。
例：Na^＋＞Mg^2＋＞Al^3＋。

丙、 陰離子電荷較多者，半徑較大。
例：S^2－＞Cl^－。

丁、 同一種粒子，電子數愈多，則半徑愈大。
例：O^2－＞O^－＞Cl^－。

【例16】 下列有關鈉與鎂的比較，何者正確？(原子序 Na＝11，Mg＝12)
(A)質子數：Na＞Mg (B)原子半徑：Na＞Mg (C)離子半徑：Na^＋＞Mg^2＋ (D)電子數：Na^＋＞Mg^2＋ (E)價電子數：Na＞Mg。

【答案】： (B)

【解析】：(A) 質子數：Na有11個，Mg有12個。
(B) 同一週期的原子，質子數愈多，原子半徑愈小；原子半徑：Na＞Mg。
(C) 離子半徑：Na^＋＞Mg^2＋ (D)電子數：Na^＋＞Mg^2＋ (E)價電子數：Na＞Mg。

【例17】 比較下列各離子半徑的大小：
(1) Sn^2＋_________Sn^4＋； (2) Na^＋_________Mg^2＋；
(3) O^2－_________F^－； (4) Ca^2＋_________S^2－；
(5) Na^＋_________F^－； (6) Al^3＋_________Mg^2＋；
(7) K^＋_________Na^＋； (8) O^2－_________Ne；

【答案】： (1) ＞； (2) ＞； (3) ＞； (4) ＜；
(5) ＜； (6) ＜； (7) ＞； (8) ＞。

C、 元素性質的傾向

(1) 低價金屬氧化物溶於水，呈鹼性；非金屬氧化物溶於水，呈酸性；不溶於水的氧化物，則成中性。

(2) 週期表左下方的元素，有成為鹼性特性的金屬；
週期表右上方的元素，有成為酸性特性的非金屬。

(3) 同一週期由左而右，非金屬性質逐漸增強，而金屬性質逐漸減弱。

(4) 同一族的元素，金屬性質由上而下，逐漸增強；非金屬性質由上而下，則逐漸減弱。

(5) 兩性元素：

甲、 氧化物或氫氧化物同時具有酸性及鹼性的特性者，稱為兩性元素。
例：鋰(Li)、鈹(Be)、鉻(Cr)、鎵(Ga)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、錫(Sn)等元素。

(6) 類金屬元素：

甲、 又稱為半導體元素，導電性介於金屬與非金屬之間。
硼(B)、矽(Si)、鍺(Ge)、砷(As)、銻(Sb)、碲(Te)、釙(Po)等。

【例18】 下列何種元素的電子排列，最外層的電子數與相同？
(A) (B) (C) (D)。

【答案】：(D)

【解析】：同一族的元素，價電子數目相同。
氮族包含氮N、磷P、砷As、銻Sb、鉍Bi。

【例19】 下列各組的原子或離子中，依半徑大小由小到大的順序排列的是
(A)K^＋、Na^＋、Al^3＋ (B)S、Si、F (C)Mg^2＋、K^＋、Cl^－ (D)I^－、Cl^－、O。

【答案】：(A)(B)

【解析】：(A)K^＋電子組態(2，8，8)在第三週期全滿，半徑最大；Na^＋的電子組態(2，8)，Al^3＋的電子組態(2，8)，因原子核內質子Al較多，因此Al^3＋半徑小於Na^＋；依序為Al^3＋＜Na^＋＜K^＋。
(B)S組態為(2,8，6)、Si組態為(2，8，4)、F組態為(2，7)，因此原子半徑為F＜S＜Si。
(C)Mg^2＋組態為(2,8)、K^＋組態為(2，8，8)、Cl^－組態為(2，8，8)，因此半徑以Mg^2＋最小，K^＋的質子數比Cl^－的電子數多，靜電力較大，半徑K^＋較小，因此依序為Mg^2＋＜K^＋＜Cl^－。
(D)I^－在第5週期，半徑最大，Cl^－在第三週期，O原子在第二週期，半徑大小依序為O＜Cl^－＜I^－。

【例20】 下列結構示意圖中，屬於陽離子的是【臺中二中】

【答案】：(D)

【解析】：(A)(C)為中性原子；(B)為陰離子()價；(D)則為＋2價的陽離子。

(四) 元素反應的趨勢

A、 八隅體法則：

(1) 自然界中元素的最外層電子為8 (氦為2) 時的鈍氣型態是最安定，因此在化學反應時，元素間常藉著最外層電子的轉移或共用，形成與ⅧA族鈍氣相同的電子組態，成為安定的分子或是離子；因此失去電子時，成為陽離子，得到電子時，成為陰離子，當電子共用時，形成分子。

B、 化學鍵的種類：

(1) 化學鍵：

甲、 原子間或是分子間的作用力，都稱為化學鍵。

乙、 新物質生成時，原子間會重新調整外層電子，或是以共用電子的方式，使原子均具有鄰近鈍氣的電子組態，同時產生引力相結合。

(2) 離子鍵：

甲、 金屬元素和非金屬元素相結合，所形成的鍵結。

乙、 原子間發生電子轉移，形成陰離子和陽離子，藉著陰離子和陽離子間的靜電引力相互吸引而結合。

丙、 金屬與非金屬結合時，易失去電子的金屬(ⅠA、ⅡA族)，與易得到電子的非金屬(ⅦA族、氧)，形成離子化合物。

丁、 性質：

甲、 常溫下離子化合物為固態，有一定的結晶構造。

乙、 在固態時不能導電，但在熔融狀態或是水溶液可以導電。

丙、 離子化合物具高熔點、高沸點、質硬而脆，不具延展性。

戊、 氯化鈉(NaCl)中那失去電子，成為帶正電的陽離子，氯得到電子，成為帶負電的陰離子，彼此相結合成為離子化合物。

(3) 共價鍵：非金屬元素和非金屬元素相結合，所形成的鍵結，或是分子化合物。

(4) 金屬鍵：金屬元素和金屬元素相結合，所形成的鍵結。

【例21】 下列關於離子化合物的敘述，何者錯誤？
(A)由陽離子及陰離子所形成的化合物稱為離子化合物　(B)、皆為離子化合物　(C)熔融的離子化合物具有導電性　(D)離子化合物易形成晶體而具有高熔點。

【答案】：(B)

【解析】：

(五) 原子的電子點式表示法

A、 原子內的電子：

(1) 電子排列在最高能階的殼層，稱為價殼層。

(2) 價殼層的電子稱為價電子。

(3) 價電子參與原子間的化學反應，決定該元素的性質；
不同元素的原子，價殼層的能量不同。

(4) 價殼層以內的電子。稱為核心電子，或稱為束縛電子。核心電子在所屬的殼層中均是填滿的，通常不參與原子間的結合。

B、 路易斯電子點式：

(1) 將價電子點在元素符號的四周，這種表示法稱為"路易斯電子點式"。

(2) 一般的化學反應中，內殼層的電子不會參與反應，因此不用畫出。

【例22】 一個水分子中有幾對孤對電子(未共用電子對)？
(A)1對　(B)2對　(C)3對　(D)4對　(E)5對。

【答案】：(B)

【解析】：

【例23】 劃出下列各題的電子點式：
(1)H₂ (2)HCl (3)CO₂ (4)CO (5)N₂

【答案】：

【例24】 下列各物質的電子點式，何者正確？
(A) 　(B) 　(C) 　(D) 。

【答案】：(B)

【解析】：(A)為離子鍵結，應表示成 　(B)H原子只有1個電子，應寫成 　
(C) O自己應有6個電子，依八隅體共用電子原則，應寫成。

【例25】 水()之電子點式為
(A) 　 (B) (C) 　 (D) 　

【答案】：(B)