3.091-固体化学导论.PDF

课件（一） 3.091- 固体化学导论 课件（一） 原子和电子结构 课外阅读参考书目： 1. Davies, D.A ，Waves, Atoms and Solids, Longman, 1978. 2. DeKock, R.L ，Chemical Structure and Bonding, Benjamin, 1980. 3. Brown, T.L ，Chemistry, The Central Science, 5th Ed.，Prentice Hall ，1991. 1. 原子 常见的电子模型是由一个由中子和质子的组成的原子核以及围绕着原子核作 -10m ，而原子核的直径的数 高速运动的电子组成。典型的原子直径的数量级为 10 -15 量级是 10 m 。质子和中子的质量大致相等（原子量分别是 1.00728 和 1.00867amu），大约为电子质量的 1800 倍。中子是电中性粒子，但是每一个质子 -19 带一个正电荷（1.6×10 库仑），其电量严格为一个带负电的电子所带的电量。 在一个中性原子中，原子核外电子数等于核内质子数。 原子的核内质子数（即原子序数，Z ）决定了它是哪种化学元素，同种元素 的原子有相同的质子数，但是它们的质量可能不相等。原子的质量数A 由A=Z+N 给出，其中 N 为核内中子数。既然元素的种类由 Z 独自决定，因此同种元素的 原子可能会有不同的中子数。具有相同的 Z ，不同 N 和 A 的原子亚类称为同位 素。元素的原子量是其所有天然同位素的原子量的加权平均值，原子质量的度量 是基于原子数为 12 的碳同位素的质量。 2. 原子核 原子核的质量小于组成原子的所有粒子的质量之和，这种总重与各组成部分 质量之和的差别称为质量亏损。质量亏损△m 同原子核内的结合能△E （单位焦 耳）有关，根据爱因斯坦方程式： △E=△mc2 其中c为光速（单位m·s-1 ），△m为质量亏损（单位kg ）。将质子和中子结合在一 -12 起的核力很大，每个核粒子（核子）的结合能约为 1.4×10 焦耳。具有最大的 核能的元素是具有中等原子数的元素（如Fe），这些元素原子的中子数跟质子数 相近。对于原子序数较大的元素，如铀，它的中子数约为质子数的 1.5 倍，因此 它们平均每一个核子的核能较小。按照这种核稳定性随原子序数变大而减弱的趋 势，一些同位素（如铀）是不稳定的。例如当铀的同位素 U235 （Z=92，A=235） 92 受到中子的轰击的时候，可以发生以下反应： 94 140 U+n→ Y + I +2n 92 39 53 反应的产物是更小和更稳定的核子（上面的符号中下标表示原子序数，上标是质 量数）。注意：一个入射中子引起的裂变产物中包括两个中子，这是原子反应堆 和核爆炸中链式反应的基础。 重核（也可以是轻核）若其质子和中子比例不平衡，可能会自然发生衰变， 1 课件（一） 放出α射线（氦离子）或β射线（电子），这类核子被认为具有放射性。各种不 稳定核子的衰变速率有很大区别，用元素的半衰期来描述。经过一个半衰期，原 子中一半的核子就会发生辐射而性质改变（即原子序数改变）。经过2 个半衰