化學元素與比重的關係

Question

若有兩元素A,B
1.若A的原子序叫B大,則A的比重一定較B大嗎?
2.若A的中子數叫B大,則A的比重一定較B大嗎?
3.若A的質量數叫B大,則A的比重一定較B大嗎?
4.若A的電子數叫B大,則A的比重一定較B大嗎?

Answer 1

1.元素的比重與一般物質討論比重一樣，比重d=W/V，即
單位體積所含物質的質量。亦可寫成
比重d=原子量/莫耳體積。
2.基本上元素的比重與你所列的中子數、質量數及電子
數沒有必然的關係，我們甚少從這幾個方向來討論元
素的比重。勉強可以從原子序擠出一點規律，亦非絕
對。
3.我條列幾個實例供你參考：
(1)同一列金屬元素隨原子序增大而漸增。
如：Na(0.97)＜Mg(1.74)＜Al(2.70)。
同一列的金屬晶體物質，隨原子序漸增，金屬原子
半徑漸小且金屬鍵漸強，因而使得原子容(即莫耳
體積)隨子序增加而漸減。但原子量則隨原子序增
加而漸增，故密度會隨原子序增加而增大。
(2)同一族金屬元素隨原子序增大而漸增。
如：Li(0.53)＜Na(0.97)＜K(0.86)＜Rb(1.53)＜
Cs(1.87)
隨原子序增大，半徑漸增，原子容亦隨之而增大，
原子量也是隨原子序增大而漸增。但Li半徑約1.52
埃，Cs約2.62埃，從Li到Cs半徑約增加1.72倍，原
子容約增加5.12倍。Li的原子量為6.9，Cs的原子
量為132.9，約增加19.3倍。原子量增加的倍率較
原子容增加的倍率大，故基本上其比重隨原子序增
大而漸增。
但上述的規律並不適用於所有元素的討論，故不宜將
之擴大來解釋整個週期表中的元素比重關係。

Answer 2

(一)這四題的答案都是<<不一定>>，和原子密度(比重)比較有關
的是(2)的中子數及(3)的質量數。
(二)原子的質量決定於<<質量數>>(因為電子的質量9.11*10-31g很
輕幾乎不影響原子的質量)，質量數=質子數+中子數。
(三)原子密度(比重) = 質量 / 體積
(四)原子的密度受質量及體積的影響，不同週期(列)的元素其原
子半徑差異很大，同一週期(列)的元素雖然原子半徑有規律變化
但是也會受電子軌域的半填滿及全填滿的影響，所以密度(比重)
就沒有規律性。
(五)同一週期的元素，隨著原子序的增加，質量數大部份會增加
但也有例外的。而原子半徑的變化卻不是隨原子序的增加而一直
變小，所以密度(比重)也不是一直增加。另外到另一週期(列)的
元素其原子半徑又增加很多，所以密度也不一定變大。
(六)關於各元素原子的密度(比重)，可以參考以下的網頁：
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/JavaScript/s_pertab.html
可以從這個週期表中看到每一個元素的比重，就可以知道元素的
比重沒有規律性的變化。