工程材料基礎(chǔ)-原子結(jié)構(gòu)-免費(fèi)閱讀
【正文】 元素周期表中的周期 、 族和元素分區(qū)等均與元素原子的外電子層結(jié)構(gòu)有關(guān) 。 這四個(gè)量子數(shù)是：主量子數(shù) n， 角量子數(shù) l，磁量子數(shù) m和自旋量子數(shù) ms。結(jié)合鍵能與彈性模量?jī)烧唛g有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 大多數(shù)金屬有高的密度，如鉑、鎢、金的密度達(dá)到工程材料中的最高值。 金屬主要是金屬鍵 ， 但也會(huì)出現(xiàn)一些非金屬鍵 ，如過渡族元素 （ 特別是高熔點(diǎn)過渡族金屬 W、 Mo等 ） 的原子結(jié)合中也會(huì)出現(xiàn)少量的共價(jià)結(jié)合 ， 這正是過渡金屬具有高熔點(diǎn)的內(nèi)在原因 。當(dāng)原子或分子互相靠近時(shí)，一個(gè)原子的偶極矩將會(huì)影響另一個(gè)原子內(nèi)電子的分布，電子密度在靠近第一個(gè)原子的正電荷處更高些，這樣使兩個(gè)原子相互靜電吸引，使之結(jié)合在一起。這種結(jié)合力就叫做金屬鍵。共價(jià)鍵的結(jié)合力很大，熔點(diǎn)高，沸點(diǎn)高和揮發(fā)性低。 在離子鍵結(jié)合中 ， 由于離子的外層電子比較牢固地被束縛 ， 可見光的能量一般不足以使其受激發(fā) ， 因而不吸收可見光 ， 典型的離子晶體是無色透明的 。 根據(jù)結(jié)合力的強(qiáng)弱可把結(jié)合鍵分成兩大類： 一次鍵 —— 結(jié)合力較強(qiáng) ， 包括離子鍵 、 共價(jià) 鍵和金屬鍵 。 ( ) ( ) e aggA e A E??? ? ? 4. 元素的電負(fù)性 電負(fù)性是指元素的原子，在分子中吸收電子的能力，常記作 χ ， 化學(xué)家鮑林以氟原子電負(fù)性為 ，并根據(jù)熱化學(xué)的數(shù)據(jù)和分子的鍵能，比較各元素原子吸引電子的能力，得到了其他元素的相對(duì)電負(fù)性，如表 29所示。 2. 元素的電離能 元素的原子失去電子形成正離子的難易程度 ， 可用電離能來衡量 。 例題 25 已知某元素屬于周期表中第四周期， 7A族。由于元素的性質(zhì)主要決定于原子的外層 電子結(jié)構(gòu)，所以同一主族元素具有相似的性質(zhì)。 可以看出 ： (1) 每一周期從第 1主族 1A元素 ns1開始 ， 到形成穩(wěn)定的稀有 氣體特有的 ns2np6（ He為 ls2） 電子層結(jié)構(gòu)時(shí)結(jié)束 。 有時(shí)為了簡(jiǎn)化，常將內(nèi)層電子構(gòu)型用“原子實(shí)”來代替。 （ 3）洪特（ Hund） 規(guī)則 電子在同一亞層能量相同的等價(jià)軌道上排布時(shí) ， 總是盡可能分占不同的軌道 ， 并且自旋方向相同 。2p。 解： 6s軌道： n = 6, l = 0， （ n + ） = 6+ 0 = 6 6p軌道： n = 6, l = 1， （ n + ） = 6+ 1= 4f軌道： n = 4, l = 3， （ n + ） = 4+ 3 = 5d軌道： n = 5, l = 2， （ n + ） = 5+ 2 = 所以 ， E6sE4fE5dE6p 2． 3． 3 原子的電子層結(jié)構(gòu) ? 1． 核外電子的排布規(guī)律 ? （ 1） 泡里 （ Pauli） 不相容原理 在同一原子中 ， 不可能有運(yùn)動(dòng)狀態(tài) （ 亦即四個(gè)量子數(shù) ） 完全相同的兩個(gè)電子存在 。 圖中將能量相近的軌道劃為 一組 （ 即虛線方框內(nèi)的軌道 ） ， 稱為能級(jí)組 。 l相同 ， m不同的原子軌道 ， 即形狀相同 ， 空間取向不同的原子軌道 ， 其能量是相同的 。 1，177。 每一個(gè) n 值代表一個(gè)電子層或主能級(jí)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) 。 例題 21： 自然界的氫元素有兩種同位素 ， 實(shí)驗(yàn)測(cè)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(jì)算氫元素的平均原子質(zhì)量和相對(duì)原子質(zhì)量 。 原子質(zhì)量與相對(duì)原子質(zhì)量 1. 原子質(zhì)量 指某核素一個(gè)原子的質(zhì)量 。 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)。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 。每種元素均與一定的原子序數(shù)相對(duì)應(yīng)，如鐵的原子序數(shù)為 26，其原子核有 26個(gè)質(zhì)子和 26個(gè)核外電子 。 由于原子的絕對(duì)質(zhì)量很小 , 常 以 12C一個(gè)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。 解： 氫元素的平均原子質(zhì)量為： %+ %= 根據(jù)元素的相對(duì)原子質(zhì)量的定義，氫的相對(duì)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(duì)原子質(zhì)量 元素的相對(duì)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(gè)原子 （ 阿伏伽德羅數(shù) NA）的質(zhì)量 ， 其單位為 g/mol。 n確定后 ， 角量子數(shù) l可取 0到 n 1， 即 l = 0， 1， 2 … （ n 1） 。 2， … ， 177。 4．自旋量子數(shù) ms ， 還可自旋 。 共 有 7個(gè)能級(jí)組 ， 它的能量依 … 能級(jí)組的 順序逐次增高 。 這一原 理也可表達(dá)為：在同一原子軌道中最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子 。3s,3p。 例如 2p亞層有 3個(gè)軌道 ， 若有 2個(gè)電子進(jìn)入 2p， 則各占一個(gè)軌道且自旋平行 ， 可寫成 ， 而不是 或 。所謂“原子實(shí)”是指原子中的內(nèi)層電子結(jié)構(gòu)與某一稀有氣體元素的電子層結(jié)構(gòu)相同的部分，用該稀有氣體的元素符號(hào)加方括號(hào)來表示。 (2) 周期表中每出現(xiàn)一個(gè)周期 ， 外層電子就進(jìn)入一個(gè)新的能 級(jí) （ 見表 24） 。 （ 2）同一副族元素具有相同或相似的外層電子結(jié) 構(gòu)，但次外層電子多數(shù)未填滿。試寫出該元素的電子排布式，并指
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