2015年11月20日 星期五

回應網友關於 穿透效應 penetration effect的疑慮

匿名的網友2015930日問:「還是不大懂如何比較穿透力大小

對不起,最近太忙,所以沒有時間回信,很抱歉
首先,我們要了解原子的構造,原子的中心是帶正電的原子核,外層是帶負電的電子雲,電子雲又可分成好幾層,就像金莎巧克力那樣,為了清楚分辨每一層,化學家用能量階梯的概念去定義每一層,能階的符號為n
但是同一個能階的電子雲,還可以再區分成好幾層,由內而外分別為s殼層、p殼層、d殼層、f殼層,這是四種不同能量的次殼層。
那麼,什麼是穿透效應呢?舉例來說,原子核的正電引力要吸引p殼層的電子,一定要穿過s殼層電子,這就是穿透效應;相反方向來看,P殼層電子雲的負電荷要吸引原子核,也一定要穿過s殼層電子雲,這也叫做穿透效應。
你的問題是,不知道如何比較穿透力的大小?很簡單,我們舉例說明,p軌域電子離原子核比較遠,它要穿透s軌域電子雲,才能夠吸引原子核,那麼,它有一部分的能量就在對抗s軌域的電子中消耗掉了,因此,p軌域電子抵達原子核的能量,必然要減掉s軌域的能量,這使得穿透力減弱。
如果是s軌域的電子,它是最靠近原子核的電子次殼層,它不需要穿透其他殼層,就能直接抵達原子核,因此穿透力較強。所以,s軌域電子的穿透力,強於p軌域電子的穿透力。
用同樣的方法類推,在同一個能階中,s軌域電子的穿透力,強於p軌域電子的穿透力;s軌域和p軌域電子的穿透力,強於d軌域電子的穿透力;s軌域、p軌域和d軌域電子的穿透力,強於f軌域電子的穿透力。
如果是比較不同能階的電子,那就是最內層的第一能階軌域n=1,穿透力強於第二能階軌域n=2;第二能階軌域n=2的穿透力,強於第三能階軌域n=3……
你可以參考我所翻譯的化學原理啟迪304波爾的氫原子模型:計算電子轉換軌域時吸收或釋放的能量,裡面有能階圖,另外本篇化學原理啟迪334所附的穿透效應圖,在說明在同一個第三能階n=3中,各殼層由內而外的順序是spd
我們台灣的教科書寫得跟補習班的參考書一樣,有很多練習套公式的例題,都只是在應付考試,沒有辦法引導思考,所以你才會被搞亂,你一定很聰明,加油!
我在2007年有向李遠哲、翁啟惠反映這個問題,但是那兩個人過去讀書的過程都在死背書,所以他們這一生都沒有辦法編寫好的教科書,連他們都如此,更不要說其他台灣的化學學者。

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