單元壹：物質與能量的世界

 

一、對物質的探索：

（一）物質的特性：

1.我們環境週遭的事物不外『能』和『物質』；整個世界可以說是物質與能所組成，也就是說：生活中所能觀察得到的事物，不是物質就是能量。

2.【物質】：占有空間（有體積），具有質量（受地球引力作用而有重量）。例如：

（1）空氣因占有空間且具有質量，故屬於『物質』。

（2）光和電則因不具質量也不占空間，屬於『能』。

3.【能】：具有多種形式，且各種形式的能量可以互相轉換，亦即可以作功。

4.【分子】能表現出物質的特性，【不同的元素】及【不同的原子排列方式】能組成不同分子，形成許多不同的物質。

5.分子由更小的原子所組成，而原子包含：電子、質子和中子等微小粒子。

6.原子核內的質子數目決定元素的化學性質，而元素週期表就是依原子核中的質子數與化學性質的規律性排列而成。

7.原子在元素週期表中的排列順序稱為：原子序，根據原子核內的質子數多寡決定排列順序，亦即原子序＝質子數。

（二）放射性 ：

1.在自然界中有些原子會由原子核中釋放出能量，稱為：放射性元素，所釋出的能量稱為：放射線。

2.放射線是由放射性元素中；不穩定的原子核所釋出的粒子和能。例如：

（1）α射線：屬於物質，具有體積和質量。

（2）γ射線：屬於能量，可以作功，但不具有質量。

3.同位素：原子核內質子數相同但中子數不同的元素。

4.碳14與碳12是同位素，因碳14的原子核內比碳12多了2個中子較不穩定而具有放射性：（如圖一）

5.只要質子數相同，在週期表中排放的位置（原子序）即相同，故稱為【同位素】。

6.放射性元素：原子核具有放射性的元素。

 

二、原子核的衰變：

（一）發生原因：

1.不穩定的原子核會釋出粒子（質子和電子）和能量，（稱為：原子核衰變）直到成為穩定的元素為止。原子核衰變的同時會放射出『α射線』、『β射線』和『γ射線』

2.以鈾-238的衰變為例：（如圖二.）

（二）放射線的種類：

1.放射線伴隨著原子核衷變而產生，分為下列三種：

（1）α射線：即氦的原子核，有二個質子二個中子，因為質子帶正電故α射線帶二個正電。

（2）β射線：即高速的電子束，帶負電（因為電子帶：負電）。

（3）γ射線：為高能的電磁波（即：光波），但為可見光。不帶電，類似X射線的放射線。（X射線為德國科學家侖琴所發現）

2.放射線穿透性的比較：α射線＜β射線＜γ射線。

3.放射線常見的運用實例：
醫學治療（鈷-60、X射線）、考古學（碳-14）探測年代、農業用於生物防治法及品種改良、警報器（鋂-241）等。

（三）α衰變與β衰變：

1.「α衰變」：意指原子核釋出一個氦的原子核，一個α粒子含有2個質子和2個中子，故質量數為4，以符號表示為：，例如：

（1）

（2）原子核進行α衰變時： 質量數會減4，而原子序會減2。

（3）質量數和原子序的表示法：（如圖三.）所示：

2.「β衰變」：意指原子核釋出一個電子，β射線由原子核內的中子釋出，原本中子為電中性，進行β衰變之後中子會變為質子，故元素進行β衰變後原子序會加1，但質量數不變。