無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)第一章-展示頁(yè)
2025-05-21 18:42本頁(yè)面
【正文】 個(gè)取值共 )12(,.. .,3,2,1,0??????llm 每一個(gè)亞層中， m有幾個(gè)取值，其亞層就有幾個(gè)不同伸展方向的同類原子軌道 磁量子數(shù)與電子能量無(wú)關(guān)，同一亞層的原子軌道，能量是相等的，叫等價(jià)軌道 (或簡(jiǎn)并軌道），簡(jiǎn)并軌道的數(shù)目，稱為簡(jiǎn)并度。 已知： ρFe=解：假設(shè)納米粒子是球狀的，則其半徑為 V=(4/3)π( 107cm)3= 1020 cm3 m= 1020 cm3= 1019 g 1 1 8 6 at o mat o m / m o l106 . 0 2 35 6 g / m o l g10 1 . 1 0 2 23 1 9????14 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 1. 四個(gè)量子數(shù)及其表征的意義 ? 主量子數(shù) n － 表征原子軌道離核的遠(yuǎn)近，即核外電子的層數(shù) nn ,...,3,2,1?PONMLK ,15 ? 角量子數(shù) li －又稱 副量子數(shù) 。 12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 27 27 31 質(zhì)子：正電荷 m＝ 10 kg 原子核（ nucleus) 中子：電中性 m＝ 10 kg 電子（ electron）：帶負(fù)電，按能量高低排列 m ＝ kg，約為質(zhì)子的 1/1836 e= 1019C NA= 1023atom/mol M：原子量 13 例 1 FePt納米粒子是一種新的磁記錄材料，其記錄密度可達(dá) Tb/平方英寸，比現(xiàn)有的磁記錄材料高 10～100倍。人們往往用連續(xù)分布的 “ 電子云 ” 代替軌道來(lái)表示單個(gè)電子出現(xiàn)在各處的幾率。 11 對(duì)于定態(tài)的原子來(lái)說(shuō)，電子也不是位于確定半徑的平面軌道上，而是有可能位于核外空間的任何地方，只是在不同的位置出現(xiàn)電子的幾率不同。原子在不同條件（ n，l， m）下的波函數(shù)叫做不同的原子軌道，通常用s， p， d， f等符號(hào)依次表示 l＝ 0， 1， 2， 3的軌道 3) 波函數(shù) Ψ描述了核外電子可能出現(xiàn)的一個(gè)空間區(qū)域（原子軌道），不是經(jīng)典力學(xué)中描述的某種確定的幾何軌跡。 1926年，薛定諤 (Schrodinger) 微觀粒子的波動(dòng)方程： 0)(8 22222222??????????????? VEhmzyx?Ψ：波函數(shù) x,y,z ：空間坐標(biāo) E：體系的總能量 V：勢(shì)能 10 ? 波函數(shù)和原子軌道 1) 波函數(shù) Ψ是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。原子中有很多這種穩(wěn)定的狀態(tài)（簡(jiǎn)稱定態(tài)），其中能量最低的定態(tài)稱為基態(tài)，能量較高的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。1 問(wèn)題 ? 材料科學(xué)的四要素是什么？四要素之間的存在什么樣的關(guān)系？ 2 (1) 同樣是由碳元素組成的，為什么金剛石是硬度最高的物質(zhì)，而石墨卻很軟？ (2) 為什么原子能結(jié)合成固體？ (3) 材料中存在哪幾種鍵合方式？ (4) 決定鍵合方式的主要因素有哪些？ (5) 材料的哪些性能和其鍵合方式有密切的關(guān)系？ 思考 3 第 1章 無(wú)機(jī)材料的原子結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵 4 主要內(nèi)容 1 原子結(jié)構(gòu) 2 元素周期表 3 原子間的鍵合 4 材料的結(jié)合鍵與性能 5 1 原子結(jié)構(gòu) （ Atomic Structure） ?物質(zhì)的組成 （ Substance Construction） 物質(zhì)由無(wú)數(shù)微粒 （ Particles） 聚集而成 分子 （ Molecule） ：?jiǎn)为?dú)存在 保存物質(zhì)化學(xué)特性 原子 （ Atom） ： 化學(xué)變化中最小微粒 6 ? 1897年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子 ,提出 “葡萄干布丁”模型 ? 1910年，盧瑟福散射試驗(yàn)，提出“行星系統(tǒng)”模型 ? 1913年，玻爾模型 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論發(fā)展簡(jiǎn)介 7 ? 1913年，玻爾在 普朗克量子論 、 愛(ài)因斯坦光子說(shuō)和盧瑟福的原子模型 的基礎(chǔ)上提出了原子結(jié)構(gòu)理論的三點(diǎn)假設(shè)： 1) 電子不是在任意軌道上繞核運(yùn)動(dòng)，而是在一些符合一定量子化條件的軌道上運(yùn)動(dòng)，在這些軌道中電子的角動(dòng)量等于h/2π的整數(shù)倍。 2) 電子處在上述軌道時(shí)，原子既不吸收能量，也不輻射能量。 3) 當(dāng)電子由一種定態(tài)躍遷至另一種定態(tài)時(shí)，就要吸收或放出能量，其值恰好等于兩種定態(tài)的能量差，它與光的頻率關(guān)系為 hEE 始態(tài)終態(tài) ???8 ? 玻爾原子理論的成功之處 1) 提出了量子的概念 2) 成功地解釋了氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 3) 用于計(jì)算氫原子的電離能 ? 玻爾原子理論的局限性 1) 無(wú)法解釋氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) 2) 不能解釋多電子原、分子或固體的光譜 3) 不能解釋電子衍射現(xiàn)象 9 ? 薛定諤方程 微粒的波動(dòng)方程 波函數(shù)：描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的 數(shù)學(xué)函數(shù)式。 2) 波函數(shù)通常也叫原子軌道。 4) Ψ沒(méi)有明確的物理意義，但 |?|2 表示空間某處單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率（幾率密度）。這樣，經(jīng)典的軌道概念就必須摒棄。 電子云密度最大的地方就是電子出現(xiàn)幾率最大的地方。如果納米顆粒的直徑為 3nm，計(jì)算每個(gè)納米粒子中的鐵原子的數(shù)量。它決定原子軌道或電子云的形狀，并在多電子原子中和 n一起決定電子的能量。 17 ? 自旋量子數(shù) s － 表征 自旋運(yùn)動(dòng)的取向 個(gè)取值共 2,21??is電子自旋有順時(shí)針和逆時(shí)針的兩個(gè)方向，通常用 ↑和 ↓表示 Electron spin visualized 18 例 2：已知核外某電子的四個(gè)量子數(shù)為： n=2。 m=1。 指在第二電子層、 p亞層、 py軌道上、自旋方向以 (+1/2)為特征的電子。 19 核外電子排布規(guī)律 （ 1）核外電子的排布規(guī)則 ? 能量最低原理 ? 泡利（ Pauli）不相容原理 多電子原子在基態(tài)時(shí)，核外電子總是盡可能地分布到能量最低的軌道。 電子分布到能量相同的等價(jià)軌道時(shí)，總是先以自旋相同的方向，單獨(dú)占據(jù)能量相同的軌道。 全充滿： p6， d 10， f 14 半充滿： p3， d 5， f 7 全 空： p0， d 0， f 0 2 2 6 2 6 1 0 11 32 42 3 3s s p s p ds29Cu24Cr 2 2 6 56 121 2 2 3 3 34s s p s dsp21 練習(xí)：寫(xiě)出 14Si、 26Fe、 47Ag的電子結(jié)構(gòu)式 14Si： 1s22s22p63s23p2 26Fe： 1s22
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