原子结构与原子键

　　为什么学习原子结构与原子键
　　可以有助于解释材料的性能
　　例如：
　　碳，可以以石墨或者金刚石形式存在。石墨相对较软，并且有润滑作用，而金刚石是
　　公认的最坚硬材料。另外，金刚石是不良导体，而石墨是非常好的导体。
　　金刚石
　　石墨
　　硬度
　　坚硬
　　软
　　电性能
　　不导电
　　导电
　　这些差异在于石墨中有一种原子键结合键，但是这种结合键不存在于金刚石中。
　　2.1 概述
　　固体材料的一些重要性能取决于分子中原子几何排列，也取决于这些原子或分子间的相互作用。
　　原子结构
　　2.2基本概念
　　每个原子均由一个原子核及其周围持续运动着的核外电子构成。
　　原子核组成：质子+中子
　　质子和中子质量：两者重量接近，约1.67x10^-27kg,
　　电子重量：9.11x10^-31kg，
　　电子与质子带电量：电荷：1.602x10^-19C,
　　原子序数(Z)
　　是一个原子核内质子的数量 。人们按照核电荷数由小到大的顺序给元素编号，这种编号叫原子序数。元素的原子序数在数值上等于该元素原子的核电荷数。拥有同一原子序数的原子属于同一化学元素。原子序数的符号是Z。
　　一个原子的质量(A)可以由原子核中的质子数与中子数(N)之和来表示。
　　同位素
　　同一元素中质子数相同、中子数不同的各种原子互为同位素 。它们的原子序数相同，在元素周期表上占同一位置。如氢有氕、氘、氚三种同位素。
　　原子量
　　一个元素的原子量 等于这个元素各同位素的原子质量平均值。
　　原子质量单位（amu）
　　用量计算原子量的，统一规定用最常见的碳的同位素碳12（A=12.0000）的十二分之一来定义1原子质量单位 。
　　A Z+N
　　摩尔
　　摩尔质量是一个物理学单位，单位物质的量的物质所具有的质量称摩尔质量（molar mass），用符号M表示。当物质的量以mol为单位时，摩尔质量的单位为g/mol，在数上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。每摩尔物质中有6.002x10^23（阿伏伽德罗常数）个原子或分子 。
　　1原子质量单位/原子（分子）=1g/mol
　　原子中的电子：
　　(1)原子模型
　　量子力学
　　量子力学（Quantum Mechanics），为物理学理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支 ，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。
　　波尔原子模型
　　波尔原子示意图
　　玻尔的原子理论给出这样的原子图像：
　　1.电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；
　　2.可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2π的整数倍决定；
　　3.当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间关系由 E=hv给出。h为普朗克常数。h=6.626 10^(-34)J·s 玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律。
　　波尔原子模型局限性
　　玻尔的原子理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。但对于稍微复杂一点的原子如氦原子，玻尔理论就无法解释它的光谱现象。这说明玻尔理论还没有完全揭示微观粒子运动的规律。它的不足之处在于保留了经典粒子的观念，仍然把电子的运动看做经典力学描述下的轨道运动。
　　实际上，原子中电子的坐标没有确定的值。因此，我们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多少，而不能把电子的运动看做一个具有确定坐标的质点的轨道运动。
　　波动力学模型
　　电子以波动性和粒子性呈现的波动力学 解决了一些用波尔原子模型无法解释的电子相关现象。
　　波动力学模型中，电子不再被视为在
　　下图为把氢原子的波尔模型和波动力学模型进行了对比
　　(2)量子数
　　根据波动力学，每个原子中的电子可以用4个参数来表示其特征，这四个参数称为量子数 。