1 原子结构和键合.ppt

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1、第一章原子的结构与键合第一章原子结构和键合AtomicStructureandInteratomicBonding物质是由原子组成，在材料科学中，最为关心原子的电子结构原子的电子结构—原子间键合本质决定材料分类：金属陶瓷高分子材料性能：物化力学材料的微观结构（MicrostructureofMaterials）决定材料性质最为本质的内在因素：组成材料各元素原子结构，原子间相互作用，相互结合，原子或分子在空间的排列及运动规律，以及原子集合体的形貌特征※1原子结构（AtomicStructure）一、物质的组成（SubstanceConstruction）物质由

2、无数微粒（Particles）聚集而成分子(Molecule)：单独存在且能保存物质化学特性dH2O=0.2nm原子（Atom）：化学变化中最小微粒二、原子的结构(structureofatomic)1879年J.JThomson发现电子（electron),揭示了原子内部秘密1911年E.Rutherford提出原子结构有核模型1913年N.Bohr将Bohratomicmodel道尔顿的原子论原子一词的由来通过气象观测和对气体物理性质的研究，道尔顿常思考这么一个问题：为什么复合的大气，或者由两种或更多种弹性流体（气体）组成的混和物竟能在外观上构成一种

3、均匀体？他曾假定各种物质（气体）都是由同样大小的微粒构成。混和气体的分压定律表明一种气体的微粒能均匀地分布在另一种气体的微粒之中。气体的扩散也是类似的物理过程。由此道尔顿认为，物质的微粒结构是存在的，这些质点也许是大小了，即便采用显微镜也无法看到。这时他想起了公元前古希腊哲学家提出的原子假设，于是他选择了原子这一名词来称呼这种微粒。在20世界初，科学家提出了几种原子模型，其中最有影响的是汤姆生的“枣糕式模型”。在这种模型里，原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，而电子就像枣糕里的枣子那样镶嵌在里面。汤姆生的原子模型，可以解释原子发光、阴级射线及光电效应

4、等现象，在当时各种有关原子结构的模型中占据主导地位，他的原子模型也称作“无核原子模型”。后来被卢瑟福否定汤姆生枣糕式模型科学家在研究稀薄气体放电时发现，当玻璃管内的气体足够稀薄时，阴极就发出一种射线，这种射线能使对着阴极的玻璃管发出荧光，叫做阴极射线。1897年他确认阴极射线是带负电的粒子。同时，他还研究了阴极射线在电场和磁场中的偏转，根据数据计算出这种带电粒子的荷质比e/m。发现，不同物质的阴极发出的射线都有相同e/m值，这表明不同物质都能发射这种带电粒子，它是构成物质的共有成分。　汤姆生测得阴极射线粒子的荷质比，大约是氢离子的荷质比的2000倍。试验测

5、出，氢离子与阴极射线粒子的电荷大小基本相同，这就说明阴极射线粒子的质量比氢离子的质量小得多，后来，人们就把这种粒子叫做电子。由于电子的发现，人们认识到原子是可再分的，此后人们围绕原子结构问题推动了原子物理的发展.J.JThomson实验汤普森原子模型.swf根据汤姆生模型计算的结果，α粒子穿过金箔后偏离原来方向的角度是很小的。因为电子的质量很小，不到α粒子的七千分之一，α粒于碰到它，就像飞行着的子弹碰到一粒尘埃一样。运动方向不会发生明显的改变；正电荷又是均匀分布的，α粒子穿过原子时，它受到的原子内部两侧正电荷的斥力相当大一部分互相抵消，使α粒于偏转的力不会很

6、大。然而实验却得到了出乎意料的结果。少数粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数粒子偏转角超过了90°，有的甚至被弹回，偏转角几乎达到180°。实验中产生的α粒子大角度散射现象，使卢瑟福感到惊奇。因为这需要有很强的相互作用力，除非原子的大部分质量和电荷集中到一个很小的核上，大角度的散射是不可能的。为了解释这个实验结果，卢瑟福在1911年提出了如下的原子核式结构学说：在原子的中已有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是中性的。电子绕核旋转

7、所需的向心力就是核对它的库仑引力。E.Rutherford实验卢瑟福散射实验.swf质子:带有正电荷，m＝1.6726×10-27kg原子原子核:位于原子中心、带正电核外电子:核外高速旋转，带负电，按能量高低排列,形成电子云m＝9.109510kg，约为质子的1/1836中子:电中性，m＝1.6748×10-27kg主量子数n它规定了核外电子离核的远近和能量的高低。n取正整数1，2，3，4等。n值越大，表示电子离原子核越远，能量越高。反之n越小，则电子离核越近，能量越低。这也相当于把核外电子分为不同的电子层，凡n相同的电子属于同一层。习惯用K,L,M,N,O

8、,P来代表n=1，2，3，4，5，6的电子层。描述原