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1、材料物理（材料科學基礎(chǔ)）物理科學與技術(shù)學院李強2007.1stTerm材料結(jié)構(gòu)的層次原子結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)及其鍵合是各種固體理論的基本出發(fā)點；原子結(jié)構(gòu)中最關(guān)心的電子結(jié)構(gòu)。2021/9/4XinjiangUniversity第一章原子的結(jié)構(gòu)和鍵合原子的結(jié)構(gòu)原子的鍵合（原子核與核外電子的靜電庫侖相互作用）2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)原子的結(jié)構(gòu)+10-15m10-10m原子核由質(zhì)子和中子組成m質(zhì)子=1.673×10-24gm中子=1.675×10-24g電子m電子=9.11×10-28g原子核在原子中只占了很小的體積，但
2、集中了絕大部分的質(zhì)量。2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)電子軌道的經(jīng)典模型(Bohr模型)和量子模型BohrModelQuantumModelProbabilitywave2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)原子量以C12質(zhì)量的1/12為單位表示，即一個質(zhì)子(中子)相當于單位1。另外，lmol質(zhì)子(中子)的質(zhì)量巧合為1g。問題：為什么元素的原子量都不是整數(shù)？元素的原子量=該元素所有同位素對其豐率的加權(quán)平均。例:Cr的原子序數(shù)為24,有4種同位素(豐率見下),計算Cr的原子量。⑴P(Cr50)＝4.31%；
3、⑵P(Cr)＝83.76%；⑶P(Cr53)＝9.55%；⑷P(Cr54)＝2.38%。2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)（原子的電子結(jié)構(gòu)）原子的電子軌道原子中一個電子的軌道(狀態(tài))由四個量子數(shù)確定。主量子數(shù)n：n=1，2，3，……K,L,M，……決定了軌道與原子核的平均距離以及電子的能量。軌道角動量量子數(shù)l：l=0，1，2，3，……，n-1s,p,d,f，……反映了電子軌道的形狀。軌道磁量子數(shù)m：m=0，±1，±2，……，±l軌道角動量在外磁場方向的投影值。自旋磁量子數(shù)ms：ms=±1/2電子自旋角動量在外磁場方向的投影值。2021/9
4、/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)（原子的電子結(jié)構(gòu)）核外電子的排布規(guī)律能量最低原理：⑴電子的能量主要取決于n，此外也與l有關(guān)(屏蔽效應(yīng))。⑵屏蔽效應(yīng)(形狀越發(fā)散的軌道受到的屏蔽越多，使軌道能量升高)導(dǎo)致能級交錯現(xiàn)象。⑶對于小原子序數(shù)的原子有下面的經(jīng)驗公式：foratom:E=n+0.7l；forion:E=n+0.7l泡利Pauli不相容原理：洪德Hund法則：⑴全充滿，半充滿或全空的軌道較穩(wěn)定。⑵自旋趨于平行排列。2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)（原子的電子結(jié)構(gòu)）核外電子的排布規(guī)律討論：請寫出下列元素的電子排布
5、式。C(6)V(23)Cr(24)W(74)1s22s22p21s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d44s21s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p65d56s1→1s22s22p63s23p63d54s1→1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p65d46s22021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)（元素周期表）元素周期表PeriodicTable2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)（元素周期表）元素周期表的周期和族
6、最大的主量子數(shù)n→元素所在的周期最外層的電子數(shù)→元素所在的族主族：最外層電子來自同一個殼層副族：最外層電子來自不同的殼層討論①：第n殼層能容納的電子數(shù)（軌道數(shù)）Nn。n殼層中：l=0,1,2,…,n-1共n個每個l中m可?。?,±1,±2,…,±l共2l+1個∴n=1,2,3,4,…Nn=2,8,18,32,…2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)（元素周期表）討論②：各周期中元素的數(shù)目。I：1s1~1s2共2個II：2s1~2s22p6共8個III：3s1~3s23p6（能級交錯E3d>E4s）共8個VI：∵E4d>E5s，4s1~4s24
7、p6,8個主族元素，另外,3d殼層有10個過渡族元素，∴共18個…Info：關(guān)于過渡族元素，鑭系元素和錒系元素。凡最外層電子填充在d軌道→過渡族元素；凡最外層電子填充在4f軌道→鑭系元素；凡最外層電子填充在5f軌道→錒系元素。2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的結(jié)構(gòu)（元素周期表）元素周期表中的周期性規(guī)律電離能電子親和勢原子和離子半徑電負性電負性electronegativity:反映了原子吸引電子的能力。EN＝0.18(IE+EA)電離能:對同一周期的元素，最外層電子排布為半充滿，全充
