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==守恆率== 在基本粒子的世界中,基本粒子可以無中生有,也可以相互淹滅,但過程必須遵守各種守恆率。 ===質能守恆=== 能量可以從虛無中化生成一對正反粒子,正反粒子也可以相互淹滅轉為能量。但其過程須遵守質能守恆定率。質能間的轉換比即為 E=mc<sup>2</sup> 。 ===反粒子=== 所有夸克與帶荷輕子的反粒子,與正粒子帶等量相反電荷。 微中子的電荷為 0 ,自旋為1/2,目前為止,所有微中子都是左旋,反微中子都是右旋。正反微中子只通過重力和弱核力與其它物質感應,微中子震蕩實驗得出反微中子有質量的結論,而β衰變實驗指出這個質量是非常小的。 滿足馬約拉納方程式的粒子稱作「馬約拉納粒子」,這代表粒子同時是自己的反粒子。所有標準模型中的粒子都未被描述存在這種性質。然而目前並未排除微中子是一種馬約拉納粒子的可能性。如果微中子滿足馬約拉納方程式,我們便有機會觀察到不放出微中子的雙重β衰變。目前有許多實驗試圖去驗證微中子是否為馬約拉納粒子[1]。 ===電荷(Q)守恆=== 任何過程電荷總量不變。 ===弱同位旋(I或I<sub>3</sub>)守恆=== 任何過程弱同位旋總量不變。 ===重子數(B)輕子數(L)守恆=== 一般的過程,重子數(B)守恆。 輕子數有三種:電數、渺數、濤數,三種輕子數各自都要守恆。 有些理論中,如果子(B-L)守恆的話,重子數及輕子數的守恆能被個別破壞。 ===色中性維持=== 只有夸克有色荷,輕子沒有色荷。一個夸克一次只能帶一種色荷,所以單獨的夸克無法被觀測到。兩個夸克,一個帶某色,另一個帶其反色,因為能維持色中性,所以可以被觀測到。三個夸克,可以帶紅、藍、綠三種色荷維持色中性,或帶反紅、反藍、反綠三種色荷維持色中性,所以可以被觀測到。 ==材料性基本粒子(物質基本粒子)== 一般將材料性基本粒子歸類為費米子,但費米子的自旋為1/2的奇數倍,但超對稱夸克和超對稱輕子的自旋為為0,所以歸類為費米子會有問題,還是稱為「物質基本粒子」較為週延。 <table class=nicetable> <tr><th rowspan=5>費米子<br>自旋s=1/2</th> <th>重子數(B)</th> <th>弱同位旋(T)</th> <th colspan=2>I世代</th> <th colspan=2>II世代</th> <th colspan=2>III世代</th> <th>電荷(Q)</th></tr> <tr> <th rowspan=2>夸克<br>B=1/3</th> <th>1⁄2</th> <th>同位旋I=1⁄2</th><th>上(u)</th> <th>魅數C=1</th><th>魅(粲)(c)</th> <th>頂數T=1</th><th>頂(t)</th> <th>2/3</th> </tr> <tr> <th>−1⁄2</th> <th>同位旋I=−1⁄2</th><th>下(d)</th> <th>奇異數S=−1</th><th>奇(異)(s)</th> <th>底數B'=−1</th><th>底(b)</th> <th>-1/3</th> </tr> <tr> <th rowspan=2>輕子<br>B=0</th> <th>1⁄2</th> <th rowspan=2>電數1</th><th>電子微中子(ν<sub>e</sub>)</th> <th rowspan=2>渺數1</th><th>渺微中子(ν<sub>μ</sub>)</th> <th rowspan=2>濤數1</th><th>濤微中子(ν<sub>τ</sub>)</th> <th>0</th> </tr> <tr> <th>−1⁄2</th> <th>電子(e)</th> <th>渺子(μ)</th> <th>濤子(τ)</th> <th>-1</th> </tr> </table> *上表諸粒子均有靜質量,參與重力作用。 *上表諸粒子均有弱同位旋全部參與弱作用,有電荷的(夸克及帶荷輕子)參與電磁作用,有同位旋及色荷的(夸克)參與強作用。 *夸克的重子數為1/3,輕子的重子數為0。 *夸克和輕子中,弱同位旋為1/2為上族,-1/2為下族。 *夸克中,依同位旋、魅數、奇異數、頂數、底數分成六種夸克。 *輕子的輕子數均為1,輕子數再細分為電數、渺數、濤數。三類輕子數配合兩種弱同位旋構成六種輕子。 *色荷是強作用力的來源,夸克有色荷,輕子沒有色荷。 *第II、III代的粒子會很快衰變成第I代粒子,所以自然界普遍存在的只有上下夸克組成的質子、中子;以及輕子中的電子和電子微中子。 ==傳遞力之基本粒子(載力基本粒子)== <table class=nicetable> <tr><th colspan=4>粒子</th> <th>自旋</th><th>電荷</th><th>質量</th><th>作用力</th></tr> <tr><th rowspan=6>玻色子<br/>整數自旋</th> <th rowspan=5>規範傳播子</th> <th colspan=2>光子(γ)</th> <th>1</th><th>0</th><th>0</th><th>電磁力</th></tr> <tr> <th rowspan=2>弱玻色子</th> <th>W<sup>±</sup></th> <th>1</th><th>±1</th><th>15.7萬</th><th>弱力</th></tr> <tr> <th>Z</th> <th>1</th><th>0</th><th>17.8萬</th><th>弱力</th></tr> <tr> <th colspan=2>膠子(g)</th> <th>1</th><th>0</th><th>0</th><th>強力</th></tr> <tr> <th colspan=2>引力子(G)</th> <th>2</th><th>0</th><th>0</th><th>重力</th></tr> <tr> <th colspan=3>希格斯粒子(H)</th> <th>0</th><th>0</th><th>待測</th><th>電弱</th></tr> </table> 基本作用力:力(荷、場、傳播子) *電磁相互作用(電荷、電磁場、光子),電荷是基本粒子與光子的電磁耦合係數。 *弱相互作用(弱同位旋、弱向量場、弱玻色子),弱同位旋是基本粒子與弱玻色子的弱耦合係數。 *強相互作用(色荷、膠子場、膠子)。 *萬有引力(質量、引力場、引力子)。 *希格斯機制,靜質量由基本粒子和希格斯粒子間的作用耦合係數衍生。 ===剩餘的強作用力=== 質子或中子中的夸克與另一質子或中子中的夸克產生強作用力,克服質子間的排斥力,使原子核不致飛散。 ===剩餘的電磁作用力=== 原子中的質子與另一原子中的電子產生的吸力,克服原子間的斥力,使原子可以結合成分子。 ==強作用力== 夸克和膠子帶有色荷,是強作用力的力源。 色荷和可見顏色沒有什麼關係,它只是物理學家所發展出的數學系統,為解釋所觀察到在強子中的夸克方便而命名的。 一共有三種色荷和三種相應的反色彩(互補色)電荷,每個夸克有三種色荷的其中一個,而每個反夸克有三種反色荷中的一個。就像混合紅光、綠光和藍光產生白光,在重子中,結合紅、綠、藍色荷成為色中性,在反重子中,反紅、反綠、反藍也是色中性。μ介子是色中性的,因為它們帶有如紅和反紅的結合。 膠子帶有一個色荷和一個反色荷,因為它們總是改變色彩成反色彩,由於共有九種可能的色彩 -反色彩組合,所以我們期望會九種不同的膠子,但數學計算出來的只有八種組合。不幸地,對於這個結果並沒有直觀的解釋。 當夸克有色荷時,由夸克組成的合成粒子沒有淨色荷(它們是色中性)。 ===色荷守恒=== 夸克放射或分離出膠子時,夸克的顏色必定改變以維持色荷守恒。舉個例來說,假設一個紅夸克變成了藍夸克,且放射出一個紅/反藍膠子(下面的圖說明了反藍色就是黃色),淨色彩仍然是紅色。 [http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/particleadventure/frameless/quarks_gluons.html 圖說] ===色中性維持=== 夸克經常放出或分離出膠子,所以並沒有辦法觀察到單獨夸克的顏色,然而在強子中兩個交換膠子的夸克的顏色會改變,以維持周遭系統處在色中性狀態下。 ===夸克–膠子電漿=== 量子色動力學的計算結果顯示,在溫度達到核子彈爆炸核心溫度的5000倍時,夸克與膠子不再被禁錮在強子中,而是以「夸克–膠子電漿」(Quark Gluon Plasma)的方式存在,可以自由的運動與交互作用。 我們所生活的宇宙溫度很低,所以夸克與膠子都凝結成為強子,要產生宇宙剛爆炸時的能量密度,科學家所使用的方法是讓重離子(Heavy Ion)對撞——把重離子(重元素的原子核,如鉛原子核、金原子核)加速到接近光速的狀態,這時候重離子因為羅倫茲收縮(Lorentz Contraction)的緣故,變成像兩個「煎餅」一樣,這兩個「煎餅」對撞之後,會將大量的動量釋放在一個極小的空間裡面,產生一個超高能量密度的環境,進而重現宇宙大爆炸的狀態。 夸克–膠子電漿產生之後,由於極高的能量密度與壓力,其體積快速的擴張,很快的冷卻碎成許多的強子。這個過程發生的飛快,大概只有10<sup>-23</sup>~10<sup>-24</sup>秒的時間。因此要研究夸克–膠子電漿的性質十分不容易。事實上,在實驗中我們只能藉由這些由夸克–膠子電漿冷卻凝結成的強子,以及其他不同的粒子,來了解這種新物質的特性。 為了測量由夸克–膠子電漿冷卻後所產生的各種粒子,我們使用粒子偵測器來測量這些粒子的角度分布、動量以及能量。以緊湊渺子線圈(Compact Muon Solenoid,簡稱CMS偵測器)為例,偵測器主要是由超導磁鐵(Superconducting Magnet)、矽晶軌跡追跡系統(Silicon Tracker)、量能器(Calorimeter)以及渺子偵測器(Muon detector)所組成的。 [http://pansci.tw/archives/17929 詳見「重離子對撞」] ===同位旋=== 同位旋(Isospin)是為了解釋上夸克與下夸克之間的對稱性而發展出來的量子數。在強作用下,同位旋守恆,但弱作用和電磁作用下,同位旋不守恆。 ==電磁作用力== 帶電粒子具有能夠放射(或吸收)光子的潛能。「電磁耦合係數」,代表這種發光能力的高低。電子和光子的耦合係數為電子電荷,夸克和光子的耦合係數為夸克電荷,微中子和光子的耦合係數為0,表示微中子和光子不發生交互作用。但對質子和中子等複合粒力,它們與光子的作用比較複雜,不能用單一耦合係數來描述。 粒子能不能發出光子,除子看電荷外,還要看粒子的能量與動量以及光子的能量與動量,一切都滿足能量與動量的守恆律,粒子才能發射(或吸收光子)。 如果一個粒子發射了光子,此光子被另一個粒子所吸收,此光子稱為虛光子,兩粒子便產生相斥的庫侖力。 ===電子斥力費曼圖=== ==弱作用力== [[File:Weak decay diagram zh-hant.svg|right|280px|thumb|圖為標準模型中六種夸克的電荷與質量分佈,以及各種衰變路線,線的虛實代表該衰變發生的可能。]] 原子核衰變射出α粒子,是起因於量子穿隧效應。中子β衰變為質子,氫核融合,則是起因於弱作用。 弱作用力是由W及Z玻色子的交換(即發射及吸收)所引起的,能作用於所有的費米子。四種作用力中,弱作用具有以下幾種唯一性: #唯一能引起夸克味變的作用,使夸克由一種夸克轉變為另一種夸克。 #唯一破壞宇稱對稱及CP對稱的作用。 #唯一由具質量的規範玻色子所介導的作用。這一不尋常的特點可由標準模型的希格斯機制得出。 在標準模型中,弱作用會影響所有費米子,及希格斯玻色子;弱作用是除重力作用外唯一一種對微中子有效的交互作用。弱作用不產生束縛態(也不需要束縛能),其他三種力都有束縛能和束縛態;重力在天文距離下束縛天體,電磁力在原子距離下束縛分子,而強力則在原子核中束縛中子和質子。 在弱作用以外,夸克的所有味都守恆,即同位旋、魅數、奇異數、頂數、底數都會守恆。但弱作用可以打破這個守恆,使夸克產生味變。 弱作用中,弱同位旋的作用跟電磁中的電荷一樣,也跟強交互作用中的色荷一樣。就像電荷一樣,弱同位旋的兩種不同值,大小一樣,正負相反。夸克在弱衰變後,弱同位旋永遠跟衰變前不一樣。 弱同位旋是守恆的:反應產物的弱同位旋總和,等於反應物的弱同位旋總和。 ===對稱破缺=== [[File:Right left helicity zh.svg|thumb|right|280px|左手及右手粒子:p為粒子的動量,而S則為其自旋。注意兩個態中並沒有反射對稱。]] 長久以來,人們以為自然定律在鏡像反射後會維持不變,鏡像反射等同把所有空間軸反轉。也就是說在鏡中看實驗,跟把實驗設備轉成鏡像方向後看實驗,兩者的實驗結果會是一樣的。這條所謂的定律叫宇稱守恆,古典重力、電磁及強交互作用都遵守這條定律。但弱作用的宇稱不守恆。 弱作用也破壞CP守恆。CP由兩部份組成,宇稱P(左右互換)及電荷共軛C(把粒子換成反粒子)。 ===β衰變費曼圖=== ==名詞解釋== 摘自[http://lifeng.lamost.org/novels/Tompkins/18.htm 名詞解釋] 普朗克常數(h) 在海森伯測不准關係式中出現的一個基本物理常數,它的值為h=6.626×10<sup>-34</sup>焦‧秒。 守恆律 在粒子之間發生相互作用時,某些量(如質能、電荷、輕子數、重子數、色荷等等)的總數量保持不變。色中性維持,應該也算是守恆律的一種。 量子數 基本粒子所具有的性質,如重子數和輕子數等等。在粒子間發生反應時,量子數一般應該守恆。 反粒子 每一種粒子都有它的反粒子,反粒子的質量和自旋與粒子相同,而某些其他性質,諸如電荷、重子數、奇異性、輕子數等等,則具有與粒子相反的值。 質量 粒子的一種內稟性質,它決定著粒子對加速力的反應。也稱為慣性質量。 重子數(B) 一種用來標識基本粒子的量子數,例如,夸克的B=+1/3,而反夸克的B=-1/3。 輕子數 與輕子有關的守恆的量子數。對應於三種輕子,有三個輕子數:第一代輕子數(電數)、第二代輕子數(渺數)、第三代輕子數(濤數)。 荷 粒子帶有若干種不同的(載)荷(電荷、色荷、弱同位旋等),它們決定了粒子以什麼樣的方式與其他粒子相互作用。 場 一種物理量,它的值在空間逐點發生變化(在時間中可能也是這樣)。兩個粒子是由於在它們各自的位置上感受到對方所產生的場,才發生相互作用的,場的種類有電磁場、弱場和強(色)場等。 電荷 粒子的一種屬性,這種屬性產生粒子之間的電交互作用力。電荷分正電荷和負電荷兩種,同電相斥,異電相吸。 例如,質子帶有一個單位的正電荷,電子帶有一個單位的負電荷,因而兩者互相吸引。 味 一種用於區別不同種夸克的量。夸克有上夸克、下夸克、魅(粲)夸克、奇(異)夸克、頂夸克、底夸克六種味。 底數(b) 一種用來說明有多少夸克帶有底味的量子數。 粲數(c) 一種用來說明有多少夸克帶有粲味的量子數。 色荷 夸克與膠子之間的色力源。色荷分為三種,通常用紅、綠、藍三色表示。 膠子 能夠發射強色力的粒子。膠子有8種可能的色態。 強子 所有感受到強核力的粒子(如質子、中子和π介子)的統稱。 重子 由三個夸克組成的強子。 介子 由一個夸克和一個反夸克組成的粒子。 π介子 最輕的介子。帶電的π介子會衰變成一個μ子和中微子,而電中性的π介子則衰變成兩個光子。 輕子 所有受到弱力(而不是強核力)作用的粒子的統稱。不帶色荷,包括電子、μ子、τ子以及與這些粒子相關的微中子。 μ子 一種第二代的輕子。 τ子 一種第三代的輕子。 微中子 一種電中性的粒子,它的質量非常小。微中子有三種,分別與三種不同的輕子相對應。 ==參考資料== [http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/particleadventure/frameless/index.html 粒子冒險奇境](多頁連續講解) [http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/particleadventure/frameless/startstandard.html 起] [http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/particleadventure/frameless/exp_end.html 終] [http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/particleadventure/frameless/chart.html 總圖解] [http://zh.wikipedia.org/zh-tw/粒子列表 粒子列表] ==基本粒子== [http://jendo.org/wiki117/index.php/基本粒子 詳細的講義] [http://jendo.org/files/6year/教學資源/原子的顯微照片.jpg 銅板上的一氧化碳,只能看見氧原子(放大一億倍)] ===守恆律=== #在基本粒子的世界中,基本粒子可以無中生有,也可以相互淹滅,但過程必須遵守各種守恆律。 #質能守恆:能量可以從虛無中化生成一對正反粒子,正反粒子也可以相互淹滅轉為能量。但其過程須遵守質能守恆定律。質能間的轉換比即為 E=mc<sup>2</sup> 。 #電荷(Q)守恆:任何過程電荷總量不變。 ===物質基本粒子=== [http://jendo.org/files/6year/教學資源/基本粒子.jpg 十二種基本粒子簡單圖示] *上表諸粒子均有靜質量,參與重力作用。 [http://jendo.org/files/6year/教學資源/質子中子.png 質子與中子的組成] ===載力基本粒子=== [http://jendo.org/files/6year/教學資源/吸力.jpg 吸力圖示] [http://jendo.org/files/6year/教學資源/斥力.jpg 斥力圖示] <table class=nicetable> <tr><th colspan=4>粒子</th> <th>自旋</th><th>電荷</th><th>質量</th><th>作用力</th></tr> <tr><th rowspan=6>玻色子<br/>整數自旋</th> <th rowspan=5>規範傳播子</th> <th colspan=2>光子(γ)</th> <th>1</th><th>0</th><th>0</th><th>電磁力</th></tr> <tr> <th rowspan=2>弱玻色子</th> <th>W<sup>±</sup></th> <th>1</th><th>±1</th><th>15.7萬</th><th>弱力</th></tr> <tr> <th>Z</th> <th>1</th><th>0</th><th>17.8萬</th><th>弱力</th></tr> <tr> <th colspan=2>膠子(g)</th> <th>1</th><th>0</th><th>0</th><th>強力</th></tr> <tr> <th colspan=2>引力子(G)</th> <th>2</th><th>0</th><th>0</th><th>重力</th></tr> <tr> <th colspan=3>希格斯粒子(H)</th> <th>0</th><th>0</th><th>待測</th><th>電弱</th></tr> </table> 基本作用力:力(荷、場、傳播子) *電磁力:電荷透過發射或吸收光子產生作用力。 *弱作用力:夸克透過發射或吸收弱玻色子改變風味(種類),因為比電磁力弱所以叫弱作用力。 *強作用力:夸克透過發射或吸收膠子,而束縛在一起。 *萬有引力:帶質量的粒子透過交換重力子相互產生引力。 *希格斯機制,帶質量的基本粒子和希格斯粒子間的作用減慢速度。 ====剩餘的強作用力==== 質子或中子中的夸克與另一質子或中子中的夸克產生強作用力,克服質子間的排斥力,使原子核不致飛散。 ====剩餘的電磁作用力==== 原子中的質子與另一原子中的電子產生的吸力,克服原子間的斥力,使原子可以結合成分子。 ====質量與重力的區別==== #質量:[http://jendo.org/files/6year/教學資源/希格斯機制.png 希格斯機制],空間中布滿希格斯粒子,明星來了「粉絲希格斯粒子」圍上去,使明星變得前進緩慢,形成「慣性」,這是質量的起源。如果非明星來了,將以光速通過布滿希格斯粒子的空間。 #重力:兩個有質量的粒子,可以對拋重力子,形成重力。 ==主程式== [http://exaos.github.io/trans/most-beautiful-equations.html 世界上最美的方程式] <!-- \begin{align} \label{eq:sm} \mathcal{L}_{\text{SM}} &=& \underbrace{ \frac{1}{4} W_{\mu\nu} \cdot W^{\mu\nu} - \frac{1}{4} B_{\mu\nu} B^{\mu\nu} - \frac{1}{4} G^{a}_{\mu\nu} G^{\mu\nu}_{a} }_{\text{规范玻色子的动能和自相互作用}} \\ &+& \underbrace{ L\gamma^{\mu} \left( i\partial_{\mu} - \frac{1}{2}g\tau\cdot W_{\mu} - \frac{1}{2} g' Y B_{\mu} \right) L + R\gamma^{\mu} \left( i\partial_{\mu} - \frac{1}{2} g' Y B_{\mu} \right) R }_{\text{费米子动能和弱相互作用}} \\ &+& \underbrace{ \frac{1}{2} \left| \left( i\partial_{\mu} - \frac{1}{2} g \tau \cdot W_{\mu} - \frac{1}{2} g' Y B_{\mu} \right) \phi \right|^2 - V(\phi)}_{\text{\(W^{\pm}\), \(Z\), \(\gamma\), 希格斯子质量和耦合过程}} \\ &+& \underbrace{ g'' \left( \overline{q} \gamma^{\mu} T_a q \right) G^{a}_{\mu} }_{\text{夸克和胶子之间的相互作用}} + \underbrace{ \left(G_1 \overline{L} \phi R + G_2 \overline{L} \phi_c R + h.c. \right) }_{\text{费米子获得质量及与希格斯子的耦合}} \end{align} --> ==公制單位== *國際度量衡局:1875年5月20日依據《米制公約》成立,在法國。 *國際度量衡大會:為維護1875年訂定的米制公約制訂的國際單位制(SI制)所召開的各國會議。下一次是 2014 年。 進一步的資料可參考[http://twmomo.com/unit.htm 單位換算] ===主要基本單位=== 英文單字: *表示倍率的單字 *#Kilo:千 *#Centi:百分之一 *#Milli:千分之一,毫。 *#Micro:百萬分之一,微。 *#nano:十億分之一,奈。 *#pico:萬億分之一,皮。 *長度、時間、質量 *#meter:米、公尺。 *#second:秒 *#gram:克 四大基本單位 *長度: *#傳統:定地球圓週為四萬公里,一公里切成一千公尺。做成鉑銥公尺原器。公里:KM或km,公尺:M或m,公分:CM或cm,公厘:Mm或mm。 *#目前:1983年第17屆國際度量衡大會(CGPM)決議改採「光在真空中於299792458分之1秒所行進的距離」。 *時間: *#傳統:定地球自轉一週為一天,一天切成廿四小時,一小時切為六十分,一分切為六十秒。 *#目前:1967年第13屆國際度量衡大會決議改採「一秒等於銫133原子於基態之兩個超精細能階間躍遷時所放出輻射的週期之9,192,631,770倍之持續時間」。 *質量:[[File:CGKilogram.jpg|thumb|right|307px|圖為'''國際千克原器'''。國際千克原器以鉑、銥合金製成,現存放於法國巴黎郊區的國際計量局。]] *#傳統:一立方公分的純水在4℃時的質量定義為一公克(簡稱克),然後做成鉑銥公斤原器,由1901年第3屆國際度量衡大會決議採用至今。但發現其質量會發生變化。公斤:Kg,公克或克:g,毫克:mg,微克:µg,奈克:ng<!--,皮克:pg,飛克:fg,阿克:ag-->。 *#未來:希望以自然界常數為單位,但仍未做到。 *顆粒數:莫耳(mole),6.024×10<sup>23</sup>顆。12克碳12所含的原子數。 ===能量單位=== *能量:焦耳(J),質量一公斤,速度每秒一公尺所攜帶的動能為半焦耳。 *1卡=4.18675焦耳,約為4.2焦耳。將一克的水升高一度,更詳細的講法是將l克的純水,由溫度14.5"C上升至15.5"C之所需之熱量。 *能量諸形式: *#動能:1/2*m*v<sup>2</sup> *#熱能:許多分子的平均動能就是溫度,熱能=溫度增加*比熱*質量。 *#質能:mc<sup>2</sup>,C為光速。 *#電能:電壓(電位差)*電量=功率*時間 *#光能:光能=h(普朗克常數)*ν(頻率),單位焦耳。普朗克常數h=6.626*10<sup>-34</sup> *#位能:來自粒子的吸引或排斥。 *#*重力位能:mgh *#*鍵能:電子軌域位能 *#*… ===電的基本單位=== *電量:庫侖(C),為6.24146×10<sup>18</sup>顆電子的帶電量。電子帶電量為1.6021892×10<sup>-19</sup>庫侖, *電流:安培(A),每秒通過一庫倫的流量。<!--兩根極細導線流量各一安培,相距一米,真空中作用力為2×10<sup>-7</sup> 牛頓--> *電壓:伏特(V),每庫侖作功多少焦耳。 *電功率:瓦(W),每秒作功多少焦耳。 ===導出單位=== *力:牛頓(N),將一公斤質量的物體,每秒增加速度一米的力。 ==物質組成的層次102/12/5== #基本粒子:上夸克、下夸克、電子、微中子 #核子:質子[[Image:Quark structure proton.svg|100px]]、中子[[File:Quark structure neutron.svg|100px]] #原子 #分子 ==造原子== ===原子核=== [[File:Isotopes and half-life.svg|right|280px|thumb|這個圖表展示了含有Z個質子和N 個中子的同位素的半衰期(T<sub>½</sub>),单位是秒]] ====原子序==== 原子核中,質子的數量。 ====原子核中,中子與質子的比例==== 當原子序逐漸增加時,因為質子之間的排斥力增強,需要更多的中子來使整個原子核變的穩定。因此,當原子序大於20時,就不能找到一個質子數與中子數相等而又穩定的原子核了。隨著原子序的增加,中子和質子的比例逐漸趨於1.5。 ====同位素==== 兩個有著相同質子數的原子屬於同一種元素,而有著相同質子數和不同中子數的則是同一種元素中不同的同位素。例如,所有的氫原子都只有一個質子,但氫原子的同位素有幾種,分別含有零個中子(氕ㄆㄧㄝ.),一個中子(氘ㄉㄠ.),兩個中子(氚ㄔㄨㄢ)以及更多的中子。原子序從1(氫)到118(Uuo)均為已知元素。 ====穩定的原子核==== 地球上自然存在約339種核素,其中255種是穩定的,約佔總數79%。80種元素含有一個或一個以上的穩定同位素。第43號元素、第61號元素及所有原子序大於等於83的元素沒有穩定的同位素。有十六種元素只含有一個穩定的同位素,而擁有同位素最多的元素,錫,則有十個同位素。 ===原子的電子軌域=== 「軌域」是原子中電子的活動範圍。 前四種電子軌域的名稱與數量: #s:1種形狀,球狀對稱[[File:S軌域.jpg|100px]] #p:3種p軌域,形狀一樣但方向不同[[File:Es-Orbitales p.png|250px]] #d:5種d軌域的形狀[[File:D orbitals.png|250px]] #f:7種f軌域的形狀[[File:F orbital.png|250px]] ===填充電子軌域的規則=== #每個軌域可以放入 0~2 個電子,但不能放入三個電子。 #*包立不相容原理:不可有兩個粒子,狀態完全一樣。佔有相同軌域的兩個電子,雖然電性一樣,軌域一樣,但可以自旋方向相反,就不算完全相同。 #由能量低的軌域先填滿。 #電子互相排斥。 [[file:原子填充電子軌域的順序.gif]] [[file:原子填充電子軌域的順序(3D軌域圖示).jpg]] [http://jendo.org/files/6year/教學資源/原子軌域/左排週期表.jpg 左排週期表] [http://zh.wikipedia.org/wiki/元素週期表 化學原素週期表] ===週期表=== {{模板:左排週期表(正文)}} {{模板:元素圖例}} 原子序顏色: #氣體:紅色 #液體:綠色 #固體:黑色 #待確認:灰色 [http://jendo.org/files/6year/教學資源/原子軌域/左排週期表.jpg 左排週期表(依軌域著色)] ====「左排週期表」變「門得列夫週期表」(同一層對齊):==== #*把從鑭開始15個元素拉到下方成為鑭系元素(f軌域14個+佔d軌域一個位置)。 #*把從錒開始15個元素拉到下方成為錒系元素(f軌域14個+佔d軌域一個位置)。 #把鹼金、鹼土族搬左邊,下降一層,使同一層對齊。 #把氦搬去鈍氣(惰性元素) #把氫獨立起來,不屬於任何一族。 {{模板:元素週期表 (正文)}} [http://zh.wikipedia.org/wiki/元素週期表 化學原素週期表] ===用週期表背元素=== *八族(sp族)之首:鋰、鈹、硼、碳,氮、氧、氟、氖。(你皮朋嘆,蛋養俘〔蝠〕奶) *八族: *#鋰、鈉、鉀、銣、銫、鍅 *#鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鐳 *#硼、鋁、鎵、銦、鉈 *#碳、矽、鍺、鍚、鉛 *#氮、磷、砷、銻、鉍 *#氧、硫、硒、碲、釙 *#氟、氯、溴、碘、砈 *#氦,氖、氬、氪、氙、氡 *過渡族(d族)之首:鈧、鈦、釩、鉻、錳,鐵、鈷、鎳、銅、鋅。(抗太煩歌猛,鐵箍捏同心) *#鈷、銠、銥 *#鎳、鈀、鉑 *#銅、銀、金 *#鋅、鎘、汞 ===分配同學做元素介紹頁=== 所有同學建立維基百科帳號 *[[鋰]]:丁禾 *[[鈹]]:丁禾 *[[硼]]:溫書桓 *[[碳]]:黃玟淇 *[[氮]]:鄭為綸 *[[氧]]:蔡淳羽 *[[氟]]:莊惟智 *[[氖]]:柯智懷 *[[鈉]]:柯智懷 *[[鎂]]:李彥廷 *[[鋁]]:施馨檸 *[[矽]]:張子宜 *[[磷]]:洪仁益 *[[硫]]:施棋澧 *[[氯]]:沈昀羲 *[[氬]]:楊京典 *[[鉀]]:黃虹育 *[[鈣]]:黃志翔 *[[鉻]]:曾明哲 *[[錳]]:陳又甄 *[[鐵]]:邱申晴 *[[鈷]]:劉國安 *[[鎳]]:賴郁欣 *[[銅]]:葉奕宏 *[[鋅]]:陳思諭 ==元素電子組態-102/12/10== {{模板:元素電子組態}} ===電子式=== #中間寫元素名稱 #元素名稱的上左下右,分別代表外層電子的s、p<sup>x</sup>、p<sup>y</sup>、p<sup>z</sup>四個軌域。 #每個軌域可放0-2個電子,外層 sp 軌域共可放八顆電子,放滿時最穩定。 ==化學鍵(造分子)== 參考資料: *[http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=14212 高瞻計畫-化學鍵] *[https://zh.wikipedia.org/zh-tw/化學鍵 中文維基百科-化學鍵] ===分子內=== {|class=nicetable |---- | !離子鍵 !共價鍵 !金屬鍵 |---- !組成 !金屬+非金屬 !非金屬+非金屬 !金屬+金屬 |---- !作用<br/>方式 !正負電相吸 !共用電子對 !自由電子在相鄰<br/>原子間跑來跑去 |---- |能量 |150~400 KJ/mole |150~400 KJ/mole |50~133 KJ/mole |---- !方向性 !無 !有 !無 |---- !例如 !NaCl、MgO(簡式) !H<sub>2</sub>、H<sub>2</sub>O(分子式) !Na(簡式) |} ====離子鍵==== 一方失去電子,一方得到電子 [[File:NaCl ionic.png|250px]] ====共價鍵==== 共用電子對 #[http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/MOs/H2/1s1s-sigma/1s-H2-bonding-anim.swf 氫共價鍵] #氧共價鍵:[[File:O2pic.PNG|300px]] #水的共價鍵:影片 The Chemistry of Water ,字幕翻譯獎學金 200 元。 ====金屬鍵==== [[File:Metallic bond Cu.svg|300px]] 影片:Metallic bonding 字幕翻譯獎學金 350 元。 影片:Bonding in Metals 字幕翻譯獎學金 1000 元。 ==化學反應式== <table> <tr><td colspan=2>[[File:H2O 2D labelled.svg|200px]] <tr><td>[[File:Water-3D-balls.png|100px]]<td>[[File:Water molecule 3D.svg|100px]] </table> 電解水(吸電能) 2H<sub>2</sub>O→2H<sub>2</sub>+O<sub>2</sub> 燃燒氫(放熱能) 2H<sub>2</sub>+O<sub>2</sub>→2H<sub>2</sub>O [http://winter.group.shef.ac.uk/orbitron/MOs/H2/1s1s-sigma/index.html 氫分子電子軌域] ===各種分子-102/12/26=== 負端寫右邊,正端寫左邊 #CH<sub>4</sub>:甲烷,屁、沼氣和瓦斯的主要成分 #NH<sub>3</sub>:氨,俗稱阿摩尼亞,含於尿中。 #H<sub>2</sub>O:水 #HCl:氫氯酸,俗稱鹽酸,因為氯取自鹽。 #CO<sub>2</sub>:二氧化碳。 #H<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>:碳酸。[[file:Carbonic-acid-2D.svg|100px]][[File:Carbonic-acid-3D-balls.png|100px]] #HNO<sub>3</sub>:硝酸。[[File:Nitric_acid_resonance_median.svg|100px]][[File:Nitric-acid-3D-balls-B.png|100px]] #H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>:硫酸。[[file:Sulfuric-acid-2D-dimensions.svg|100px]][[File:Sulfuric-acid-Givan-et-al-1999-3D-balls.png|100px]] #NaOH:氫氧化鈉 #NaCl:氯化鈉,俗稱鹽 #CaCO<sub>3</sub>:碳酸鈣 #SiO<sub>2</sub>:二氧化矽 #C<sub>2</sub>H<sub>5</sub>OH:乙醇,俗稱酒精。[[File:Ethanol-structure.svg|100px]][[File:Ethanol-3D-balls.png|100px]] #CH<sub>3</sub>COOH:乙酸,俗稱醋酸。[[file:Acetic-acid-2D-flat.png|100px]][[File:Acetic-acid-3D-balls.png|100px]] #C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub>:葡萄糖,光合作用的產物
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