殼層模型助析原子結構
我們每天遇到的各種各樣物料，曾幾何時令科學家們眼花繚亂。幸而在19世紀中葉，俄國化學家門捷列耶夫（Dmitri Mendeleev）發表了聞名後世的元素周期表，將各種元素有系統地排列起來，展示出它們有規律的化學特性。伴隨後來量子物理學的發展，我們已經能夠不錯地解釋這些元素化學特性的規律。今天就讓我們深入淺出地討論當中的科學原理，再介紹一些新的發展。
包圍原子核似洋葱 吸納或捨棄使之「滿座」
要解釋不同元素的化學特性，大家可能早已聽過電子殼層模型：在這個模型中，原子（atom）的中央是原子核（atomic nucleus）。在正常的狀態下，不同物料的原子核被不同數目的電子（electron）包圍着。
這些環繞原子核的電子之間是如何分佈的？我們可以將一顆原子想像成一個洋葱的模樣，電子們就一層一層地包圍着原子核。最外一層的電子最容易與其他物質接觸，因此它們的表現斷定了物料的化學特性。
那麼它們的表現如何決定化學特徵？原來每一層可以包容的電子有限，當最外的一層已經「滿座」，不能夠容納更多電子的時候，這種材料就會十分穩定，不喜歡參與化學作用。
反之，其他的物質就會「積極」與其他材料發生化學反應，藉此吸納或捨棄更多的電子，務求令到最外的一層「滿座」。
不可穿越「樓層」 人工元素Og電子多似雲
為什麼圍繞原子核的電子是一層一層的？量子物理學告訴我們，不同能量的電子屬於不同的「波長」。這些電子不能隨隨便便的存在於任何軌跡之上：能夠「收容」這些電子的軌跡，一定要和電子本身的「波長」互相吻合，因此電子只能在一些特定的「樓層」中活動，不能隨心所欲蹓躂到樓層與樓層之間。
「軌跡」之說不完全正確
在此不得不下一個註腳：在量子物理學的理解中，我們只能談及「有多少可能性在這裡找到一顆電子」，而不能明確指出電子會在哪裡，因此「軌跡」、「一層一層的電子」這些說法並非完全正確。
幸而，電子殼層模型提供了有用及直觀的理論去解釋物料的化學性質，因此大家還是樂意採用。
雖然大自然已為我們提供了許多不同的元素，但是仍不能滿足我們的好奇心。科學家們不停地在實驗室裡嘗試組合新的元素。
2016年11月28日，一種人工製成的新元素正式命名為Oganesson（Og）。Og是現在所知的元素中最重的，其原子總共有電子118枚。
新西蘭高等研究院（New Zealand Institute for Advanced Study ）的Paul Jerabek和他的研究夥伴，利用電腦去推算Og原子內部電子的分佈。他們的計算指出，這些電子並不是一層一層的，反而更加像一團雲般圍繞着原子核。
看來是因為Og的電子太多了，需要用來「收容」電子的「樓層」太多太密，反而不像獨立的樓層了。
小 結
隨着科技的發展，我們對大自然的認識愈來愈深，但與此同時出人意表的發現也愈來愈多。我們不能墨守成規，盲目遵從一些「金科玉律」，必須要去理解其背後的原因才成。 ■張文彥博士
作者簡介：香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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