回應網友關於 穿透效應 penetration effect的疑慮

匿名的網友2015年9月30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s、p、d。

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。

參考資料：化學原理啟迪334 多電子的原子模型進一步發展-穿透效應