超萌！化學元素週期表：118動漫少女幫你奠定化學基礎

前言　元素週期究竟是什麼？

　化學課本的封面或封底，一定會有一大堆格子的東西……在學習化學的時候，這些像咒語一樣的「鋰鈉鉀銣銫鈁……」的東西，到底是什麼碗糕？

　1869年，俄國的化學家德米特里．門捷列夫將當時已知的元素依重量順序排列，化學性質相似的元素會出現週期性，而他所製作的表格，就是「週期表（periodic table）」。當時幾乎尚未有「電子」或「原子核」「軌道」的概念，門捷列夫看過數量驚人的化學資料，依照經驗法則發現了元素的規則性，並且發表了一篇名為週期律的論文。

　除了他之外，還有好幾個化學家也進行將元素排列組合的研究，但是他成功的地方在於，保留了空格給尚未被發現的元素。特別是他預言了Ga（鎵）、Ge（鍺）、Sc（鈧）的存在。

　週期表的橫列就是所謂的「週期」，主要依電子軌道的順序由上而下排列，再依原子序（質量的順序）由左而右排列。此外，縱向的列則是所謂的「族」，就是化學性質相似的元素的族群。以往是由左邊開始依照羅馬字母排列，使用a或b這種亞族的名稱，但是在國際純粹暨應用化學聯合會（IUPAC，又稱國際化學會）的提倡之下，改以1至18這種新型式的數字順序排列。

接下來就讓「ELEMENT GIRLS」元素女郎上場吧！

■注意
（1）本書依作者獨自調查結果而出版。
（2）本書內容雖依縝密的企畫而製作，但如因萬一而有任何疏漏錯誤時，請於發現後與出版社連絡。
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大家好！我們是ELEMENT GIRLS！！
　在我們生活周遭的所有東西，都是由「元素」所組成的。而在我們學習理化的過程中，元素也占有很重要的地位。
　本書是將118個元素擬人化為可愛女孩ELEMENT GIRLS的圖像化學事典，並且ELEMENT GIRLS皆是根據元素的性質、運用方法、命名者等等，被加以擬人化的。舉例來說，原子序90的釷（Th），就是採用了北歐神話中的雷神形象。像這樣把將圖像與元素做連結，相信一定能讓大家很輕鬆的就記住元素的名稱和性質。
　在每個ELEMENT GIRL的解說頁中，都會列出所代表化學元素的原子量、熔點與沸點這些基本資訊，以及元素名稱的由來、發現者等內容，並且也詳盡說明各個元素的發現小故事、化學性質、最新用途範例等。儘管內容有點深奧，不過配合可愛的元素女孩插圖，再加上電子軌域構造圖和具體的使用範例圖；若能因此而讓大家輕鬆閱讀的話，將令我們開心不已！
　對於即將學習化學元素或正在學習化學元素的人，ELEMENT GIRLS衷心希望能夠藉由本書讓大家認識我們。
ELEMENT GIRLS 全體敬上

元素和原子的差異
　在我們生活周遭的東西，甚至連我們自己本身，都是由各種不同的元素所組成的。話雖如此，但是顯現出來的，並不是元素的形狀，只是要闡述元素是物質的根源這樣的概念。至於元素的最基本單位，就是原子。
物質是由具有該項物質特性的最小粒子，也就是分子所構成的，如果將分子細分的話，可以大到物質的組成單位——原子。原子是由帶正電的原子核及帶負電的電子所組成的。原子核則是由帶正電的質子及不帶電的中子所組成。
由電子、質子、中子所組成的原子，電子的數目與質子的數目相同，這個數目可以用原子序號來表示。質子與中子的數量加總，則稱為質量數。舉例來說，原子序號17的氯，有17個電子以及17個質子。如果中子是18的話，質量數就是35，元素記號以下列的方式標示。

例 質量數＝質子數＋中子數
３５Cl 質子數（17）、中子數（18）、電子數（17）
原子序＝質子數＝電子數

原子的構造及電子軌道
原子的中心有一個原子核，而電子就在原子核周圍以規律地環繞。電子環繞的位置及各個位置放入電子的數目是固定的，這些位置稱為電子層。電子層從最內側開始，被稱為K層、L層、M層……，各自可以放入的最多電子數目為2個、8個、18個……。在電子之中，位於最外側電子層的電子稱為價電子。價電子的數量會決定元素的化學性質。
此外，電子層會被電子軌道區隔。K層是1s軌道，L層是2s軌道、2p軌道……愈外層的軌道數愈多。像是鈉的價電子所在的電子軌道，本書的標示就是「（3s）1」。這表示在最外層的電子層上的3s軌道上，只能放入一個電子。本書中標示鈉的電子構造為「Ne（3s）1」，是指在氖的電子構造（K層的1s軌道、L層的2s軌道、2p軌道上全部擺滿電子的狀態）下，3s軌道上還有一個電子的狀態。

◆ 電子構造與電子軌道的標示方法
例︰鈉
[Ne](3s)1
氖的電子構造+3s軌道上有一個電子（一個價電子）

原子核（質子與中子）
電子核 最多數量
K層 2
L層 8
M層 18
… … 
電子層 K L M N＊ O＊ P＊ Q＊
軌道的名稱 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 5g 6s 6p 6d 6f 6g 6h 7s
最大電子數 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 18 2 6 10 14 18 22 2
層的最大電子數 2 8 18 32 50 72 
軌道填滿時的電子數＊ 2 10 28 50 100 172 
＊電子軌道，特別是N層以後的外側並不會依序填滿 
同位素的衰變模式
元素雖然會有幾個同位素，但是其中也有不安定而位隨著時間而衰變的放射性同位素。在本書的閱讀方式（P6）中所記載的衰變模式，就是放射性同位素的衰變種類，主要有以下幾種。
● α衰變（α）…由某個原子核釋放出α粒子（質子2個、中子2個），原子序號與中子數量都會減少2個單位。
● β衰變（β）…可以分為放出電子及反電子微中子（Neutrino）的β-衰變、放出正電子及電子微中子的β+衰變、軌道電子埋入原子核放出電子微中子的電子擄獲（EC）等種類。
● 同質異能躍遷（IT）…原子序號及質量數相同，能譜準位不同的兩個核種稱為核同質異構素，而能譜較高的核同質異構素，變成較安定的核同質異構素，即為同質異能躍遷。
● 自發性核分裂（SF）…指在核分裂反應的時候，自由的中子在未接受照射的狀況下自行產生核分裂。

記住以下的單位吧！
由於元素是構成物質的基本，所以量測元素的單位都非常小。以下的單位是本書主要使用的單位。
● mol（莫耳）……指相當於0.012公斤（12公克）的碳12中所含與原子數相等的構成要素物質量。
● ppm（Parts per million）……指一百萬分之幾這種比例的單位，主要用於濃度的標示。1ppm就是一百萬分之一。相同的單位還有ppc（percent，一百分之一）、ppb（Parts per billion，十億分之一）、ppt（Parts per trillion，一兆分之一）等。
● μ（micro）……指相當於基礎單位一百萬分之一的量。
● n（nano）……指相當於基礎單位十億分之一的量。
● p（pico）……指相當於基礎單位一兆分之一的量。