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1、材料物理（材料科学基础）物理科学与技术学院李强2007.1stTerm材料结构的层次原子结构晶体结构显微结构宏观结构原子结构及其键合是各种固体理论的基本出发点；原子结构中最关心的电子结构。2021/9/4XinjiangUniversity第一章原子的结构和键合原子的结构原子的键合（原子核与核外电子的静电库仑相互作用）2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构原子的结构+10-15m10-10m原子核由质子和中子组成m质子=1.673×10-24gm中子=1.675×10-24g电子m电子=9.11×10-28g原子核在原子中只占了很小的体积，但
2、集中了绝大部分的质量。2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构电子轨道的经典模型(Bohr模型)和量子模型BohrModelQuantumModelProbabilitywave2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构原子量以C12质量的1/12为单位表示，即一个质子(中子)相当于单位1。另外，lmol质子(中子)的质量巧合为1g。问题：为什么元素的原子量都不是整数？元素的原子量=该元素所有同位素对其丰率的加权平均。例:Cr的原子序数为24,有4种同位素(丰率见下),计算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原子的结构（原子的电子结构）原子的电子轨道原子中一个电子的轨道(状态)由四个量子数确定。主量子数n：n=1，2，3，……K,L,M，……决定了轨道与原子核的平均距离以及电子的能量。轨道角动量量子数l：l=0，1，2，3，……，n-1s,p,d,f，……反映了电子轨道的形状。轨道磁量子数m：m=0，±1，±2，……，±l轨道角动量在外磁场方向的投影值。自旋磁量子数ms：ms=±1/2电子自旋角动量在外磁场方向的投影值。2021/9
4、/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构（原子的电子结构）核外电子的排布规律能量最低原理：⑴电子的能量主要取决于n，此外也与l有关(屏蔽效应)。⑵屏蔽效应(形状越发散的轨道受到的屏蔽越多，使轨道能量升高)导致能级交错现象。⑶对于小原子序数的原子有下面的经验公式：foratom:E=n+0.7l；forion:E=n+0.7l泡利Pauli不相容原理：洪德Hund法则：⑴全充满，半充满或全空的轨道较稳定。⑵自旋趋于平行排列。2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构（原子的电子结构）核外电子的排布规律讨论：请写出下列元素的电子排布
5、式。C(6)V(23)Cr(24)W(74)1s22s22p21s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d44s21s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p65d56s1→1s22s22p63s23p63d54s1→1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p65d46s22021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构（元素周期表）元素周期表PeriodicTable2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构（元素周期表）元素周期表的周期和族
6、最大的主量子数n→元素所在的周期最外层的电子数→元素所在的族主族：最外层电子来自同一个壳层副族：最外层电子来自不同的壳层讨论①：第n壳层能容纳的电子数（轨道数）Nn。n壳层中：l=0,1,2,…,n-1共n个每个l中m可取：0,±1,±2,…,±l共2l+1个∴n=1,2,3,4,…Nn=2,8,18,32,…2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构（元素周期表）讨论②：各周期中元素的数目。I：1s1~1s2共2个II：2s1~2s22p6共8个III：3s1~3s23p6（能级交错E3d>E4s）共8个VI：∵E4d>E5s，4s1~4s24
7、p6,8个主族元素，另外,3d壳层有10个过渡族元素，∴共18个…Info：关于过渡族元素，镧系元素和锕系元素。凡最外层电子填充在d轨道→过渡族元素；凡最外层电子填充在4f轨道→镧系元素；凡最外层电子填充在5f轨道→锕系元素。2021/9/4XinjiangUniversity§1-1原子的结构（元素周期表）元素周期表中的周期性规律电离能电子亲和势原子和离子半径电负性电负性electronegativity:反映了原子吸引电子的能力。EN＝0.18(IE+EA)电离能:对同一周期的元素，最外层电子排布为半充满，全充
