工程材料基礎(chǔ)-原子結(jié)構(gòu)(已修改)
2025-01-08 05:10 本頁面
【正文】 第二章 原子結(jié)構(gòu)與原子間結(jié)合鍵 原子結(jié)構(gòu) 原子序數(shù)和原子質(zhì)量 原子的電子層結(jié)構(gòu) 原子的結(jié)合鍵 原子結(jié)構(gòu) 原子組成： 原子核和核外電子 ,原子核內(nèi)又有質(zhì)子和中子 。 原子電荷： 質(zhì)子帶正電荷 ， 中子不帶電荷 ， 因此原子核 帶正電荷 ， 通過靜電吸引 ， 將帶負電荷的電 子束縛在其周圍 。 每個質(zhì)子和電子所帶的電 荷 q均為 1019庫侖 。 因為原子中質(zhì)子 和電子的數(shù)目相等 ， 所以從整體看 ， 原子 是電中性的 。 原子尺寸 ：直徑約為 1010m， 但原子核直徑很小 ， 僅為 約 1014m， 其外部均為電子所包圍 。 續(xù)上頁 原子質(zhì)量 ：原子的質(zhì)量大部分集中在原子核內(nèi)。 一個質(zhì)子具有 1024g質(zhì)量，中 子略重于質(zhì)子，質(zhì)量為 1024g， 而一個電子的質(zhì)量只有 1028g， 僅為質(zhì)子質(zhì)量的 1/1836。 表 21 質(zhì)子、中子和電子的質(zhì)量與電荷 粒子質(zhì)量， g 粒子電荷，庫侖 質(zhì)子 中子 電子 1024 1024 1028 +1019 0 1019 原子序數(shù)和原子質(zhì)量 2． 2． 1 原子序數(shù) 元素的 原子序數(shù) 等于原子核中的質(zhì)子數(shù)或核外電子數(shù)。每種元素均與一定的原子序數(shù)相對應(yīng)，如鐵的原子序數(shù)為 26，其原子核有 26個質(zhì)子和 26個核外電子 。 2． 2． 2 核素與同位素 核素： 原子核中具有一定質(zhì)子數(shù)和一定中子數(shù)的原子 。 一種碳原子的原子核中有 6個質(zhì)子和 6個中子 ， 它的質(zhì)量數(shù)是 12， 這種碳原子稱碳 12核素 ， 寫為 12C核素；另一種碳原子的原子核里有 6個 質(zhì)子和 7個中子 ， 質(zhì)量數(shù)為 13， 稱碳 13核素 ， 可寫為 13C核素 。 多核素元素 與 單核素元素 。 同位素： 質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同 原子互稱為 同位素 ；即多核素元素中的不同 核素互稱為同位素 。 12C和 13C是碳的同位素 。 穩(wěn)定同位素 與 放射性同位素 。 原子質(zhì)量與相對原子質(zhì)量 1. 原子質(zhì)量 指某核素一個原子的質(zhì)量 。 由于原子的絕對質(zhì)量很小 , 常 以 12C一個原子質(zhì)量的 1/12作單位 ， 稱為 “ 原子質(zhì)量單位 ” ， 用 “ u”表示 （ 1u= 1024g） ，因此 12C的原子質(zhì)量也就等于 12 u。 續(xù)上頁 元素原子的原子質(zhì)量： 元素的平均原子質(zhì)量與核素 12C原子質(zhì)量的1/12之比 。 所謂元素的平均原子質(zhì)量 ， 是對一種元素含有多種天然同位素而說的 ， 平均原子質(zhì)量可由這些同位素的原子質(zhì)量和豐度 （ 指某同位素在所屬的天然元素中所占的原子百分數(shù) ） 來計算 。 元素的原子質(zhì)量用符號 Ar(E)表示 ， E代表某元素 ， 如氧的原子質(zhì)量等于 16. 00， 可表示為Ar(O)=。 它表示 1個氧原子的平均質(zhì)量是核素 12C原子質(zhì)量 1/12的 。 可見 ， 元素的原子質(zhì)量只是一種相對的比值 。 它的單位為一 。 例題 21： 自然界的氫元素有兩種同位素 ， 實驗測得1H的原子質(zhì)量為 ， 豐度為 %，2H的原子質(zhì)量為 0u， 豐度為 %， 試計算氫元素的平均原子質(zhì)量和相對原子質(zhì)量 。 解： 氫元素的平均原子質(zhì)量為： %+ %= 根據(jù)元素的相對原子質(zhì)量的定義，氫的相對原子 質(zhì)量為： r 12 112 79 uH 79CuA ?? 112H 的平均原子質(zhì)量() ＝ ＝ ＝的原子質(zhì)量 12 2. 相對原子質(zhì)量 元素的相對原子質(zhì)量： 1mol某種元素的平均質(zhì)量與 1mol12C核素原子質(zhì)量 1 / 12之比 ， 也是該元素 1023個原子 （ 阿伏伽德羅數(shù) NA）的質(zhì)量 ， 其單位為 g/mol。 各元素的相對原子質(zhì)量均示于表 22元素周期表中元素符號的下方 。 例題 22： (1) 根據(jù)銅的相對原子質(zhì)量 ， 試求 1個銅原子的質(zhì)量 。 (2) 1克銅中有多少銅原子 ？ 解 : (1) 銅的相對原子質(zhì)量為 ， 因 1023個原子 , 因此 , 一個銅原子的質(zhì)量為 : 1023個原子 /mol= 1022g/原子 (2) 1克銅的原子數(shù)： 1023個原子 /mol/ 1021個原子 /g 原子的電子層結(jié)構(gòu) 2． 3． 1 核外電子的運動狀態(tài) 原子中核外電子的運動狀態(tài) （ 或分布情況 ） ， 要用四個量子數(shù)加以描述 。這四個量子數(shù)是： １ ． 主量子數(shù) n ２ ． 角量子數(shù) l ３ ． 磁量子數(shù) m ４ ． 自旋量子數(shù) ms 1．主量子數(shù) n n 是描述核外電子的能量和電子離核平均距離的參數(shù) ， 是決定電子能量大小的主要量子數(shù) 。 n 值越大 ， 電子離核的距離越遠 ，電子的能量愈高 。 n 可取零以外的正整數(shù) ， 即 n = 1, 2, 3 … 。 每一個 n 值代表一個電子層或主能級層（ 主層 ） ， 在光譜學(xué)上常用拉丁字母表示電子層： 主量子數(shù) n 1 2 3 4 5 6 7 K L M N O P Q 2．角量子數(shù) l l用于描述原子軌道或電子云的形狀 ， 并在多電子原子中和主量子數(shù) n一起決定電子的能量 ， 故又稱為副量子數(shù) 。 n確定后 ， 角量子數(shù) l可取 0到 n 1， 即 l = 0， 1， 2 … （ n 1） 。 如 n = 1, l只能取 0； n = 2， l可取 0和 1兩個值 。 角量子數(shù) l 0 1 2 3 s p d f l = 0表示球形的 s原子軌道或電子云； l = 1表示啞鈴形的 p原子軌道或電子云； l = 2 表示花瓣形的 d原子軌道或電子云 ，等等 。 圖 21是 s、 p和 d原子軌道的平面圖 。 ， 同一電子層中的 l數(shù)值越大 ， 該電子亞層的能級越高 ， 如在第三電
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