2.1原子结构
材料科学基础_第2章_固体材料的结构
4
共价键
原子间不产生电子的转移，借共用电子对产生的力结合， 如金刚石，单质硅，SiC 特点： 1.饱和性：电子必须由（8－N）个邻近原子共有；
2.具有方向性：氧化硅四面体中硅氧键为109°
3. 脆性：外力作用，原子间发生相对位移，键将被 破坏
配位数与致密度 配位数 CN=12 致密度 k=0.74
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体心立方结构(特征）
体心立方晶格密排面
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
体心立方晶格（间隙及堆垛方式）
间隙: 也是两种，为八面体和四面体间隙， 八面体间隙位于晶胞六面体每个面的中心和每个棱的 中心由一个面上四个角和相邻两个晶胞体心共6个原围成， 即数量为6。大小为rB=0.154R(在<100>) 或rB=0.633R (在<110>) 。
配位数： CN=8 致密度： k=0.68
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密排六方晶格原子位置
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密排六方晶格晶胞原子数
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密排六方晶格密排面
34
密排六方晶格原子配位数
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密排六方晶格(间隙及堆垛方式）
• 间隙: 较为复杂，如图2.34 八面体间隙rB=0.414R 有 6 个 四面体间隙rB=0.225R 有 12 个
图1 Cl和Na离子保持r0的距离
图2 NaCl 晶体
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•
分子键（范德华力)
以若静电吸引的方式使分子或原子团连接在一起的。
特点：除高分子外，键的结合不如化学键牢固，无饱和性， 无方向性。
氢键： 分子间特殊作用力
表达为：X—H—Y 特点：具有饱和性和方 向性，可存在于分子内 或分子间。氢键主要存 在于高分子材料内。
原子结构知识：原子能级上的跃迁
原子结构知识：原子能级上的跃迁一、介绍原子结构和能级1.1原子结构的组成原子是由原子核和围绕在原子核外的电子组成。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子没有电荷。
电子带负电荷，绕着核运动。
1.2能级概念原子中的电子绕核运动，其运动状态不是任意的，而是有一定规律的。
这种状态叫做能级。
原子的能级可根据其能量的不同分为基态、激发态等。
二、原子能级的特性2.1能级的稳定性原子中的能级是稳定的，电子在能级上的运动称为平稳的，每个能级的电子数是固定的，数量一定。
2.2能级的离散性原子能级是离散的，即不是连续的，而是分立的。
每个原子能级都有特定的能量值，而且能量值之间有间隔。
2.3能级的描述原子的能级用量子数来描述，主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数。
三、原子能级的跃迁3.1能级跃迁的概念当原子从一个能级跃迁到另一个能级时，称为能级跃迁。
能级跃迁可以是电子的一个状态改变，也可以是原子整体的一个状态改变。
3.2吸收和发射能级跃迁主要包括两部分，吸收和发射。
当原子吸收能量时，电子会从低能级跃迁到高能级，这叫做吸收；当电子从高能级跃迁到低能级时，释放出能量，这叫做发射。
3.3能级跃迁的方式能级跃迁主要有自发跃迁、受激跃迁和辐射跃迁三种方式。
自发跃迁是电子自发地从高能级跃迁到低能级，受激跃迁是在外界的作用下引起的跃迁，辐射跃迁是伴随着辐射能量的跃迁。
四、能级跃迁与光谱4.1能级跃迁与光谱原子的能级跃迁和发射或吸收光子之间有密切的关系，所以带来光谱的现象。
能级跃迁和光谱的性质之间有着天然的联系。
4.2光谱的类型光谱主要分为吸收光谱和发射光谱两种。
吸收光谱是原子从低能级跃迁到高能级时吸收的光线产生的光谱，发射光谱是原子从高能级跃迁到低能级时释放的光线产生的光谱。
4.3光谱的应用光谱学是一门研究各种光谱现象的学科，它在天文学、物理学、化学等领域有着广泛的应用。
通过对光谱的观测和分析，可以了解物质的组成、结构和特性。
镝原子 偶极矩-概述说明以及解释
镝原子偶极矩-概述说明以及解释1.引言1.1 概述镝原子是一种具有特殊性质的原子，属于稀土元素中的一种。
它的原子结构和原子能级对于研究其性质和应用具有重要意义。
同时，镝原子的偶极矩也是研究的重点之一。
镝原子的性质与其他原子有所不同。
首先，它的原子结构相对来说较为复杂，包含有多个电子壳层和电子轨道。
这种原子结构使得镝原子具有较高的原子序数和原子质量。
其次，镝原子的能级结构也较为复杂，包含有多个能级和能带。
这些能级的分布和能带的特性直接影响了镝原子在物理和化学方面的行为。
在研究镝原子的性质过程中，人们发现了其偶极矩的存在。
偶极矩是描述物质中极性的重要参数，它是反映物质分子或原子极性强度和方向的物理量。
镝原子的偶极矩在电磁学、光学和材料科学等领域具有广泛的应用价值。
本文将重点探讨镝原子的偶极矩，包括其定义和概念以及影响因素。
通过对镝原子的性质和偶极矩进行深入研究，我们可以更好地理解这种稀土元素的行为特性，并为其在电子学和磁性材料等领域的应用提供理论基础。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构部分旨在介绍本文的整体组织架构，以帮助读者在阅读时更好地理解和把握文章的内容。
首先，本文将分为三个主要部分，包括引言、正文和结论。
每个部分都有相应的子标题以达到清晰明了的组织。
在引言部分，我们将提供关于本文主题的概述，包括镝原子偶极矩的基本信息和研究背景。
然后，我们会简要介绍文章的结构，以帮助读者了解本文的整体脉络。
最后，我们还会阐明本文的目的，即为何要研究和探讨镝原子的偶极矩。
接下来是正文部分，我们将详细介绍镝原子的性质和偶极矩。
在镝原子的性质部分，我们将探讨其原子结构和原子能级的相关知识，以便读者对镝原子有一个全面的了解。
然后，在镝原子的偶极矩部分，我们将详细介绍偶极矩的定义和概念，并讨论影响偶极矩大小的因素。
最后是结论部分，我们将对整篇文章进行总结，概括镝原子偶极矩的重要性和特点。
同时，我们还将展望未来镝原子偶极矩研究的方向和可能的发展趋势。
初三化学原子的结构
初三化学原子的结构1. 原子的定义原子是物质的基本单位，是构成一切物质的最小粒子。
它由原子核和围绕核运动的电子组成。
2. 原子的结构2.1 原子核原子核位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子带正电荷，中子不带电荷。
质子和中子的质量几乎相等，都比电子大约2000倍。
2.2 电子电子围绕在原子核的外部轨道上，带负电荷。
电子的质量很小，约为质子和中子的1/2000。
2.3 原子序数原子的结构由原子核中质子的数量决定，这个数量称为原子序数。
原子序数决定了元素的化学性质和元素在元素周期表中的位置。
3. 原子的组成3.1 质子数原子核中质子的数量称为质子数，用Z表示。
质子数决定了元素的种类。
例如，氧原子的质子数为8，表示它是氧元素。
3.2 中子数原子核中中子的数量称为中子数，用N表示。
中子数可以通过原子质量减去质子数得到。
例如，氧原子的中子数为8。
3.3 电子数原子中电子的数量一般等于质子数，以保持电中性。
所以氧原子也有8个电子。
3.4 原子质量原子质量等于质子数加上中子数。
例如，氧原子的原子质量为16。
4. 原子的能级和轨道4.1 能级原子中的电子分布在不同的能级上。
能级越靠近原子核，能量越低。
第一能级最靠近原子核，能量最低，第二能级次之，依此类推。
4.2 轨道每个能级又可以分为不同的轨道，用字母s、p、d、f等表示。
s轨道最接近原子核，容纳的电子数最少，p轨道次之，依此类推。
4.3 电子填充原则电子填充原则规定了电子在能级和轨道中的填充顺序。
按照简单填充原则，电子首先填充能量最低的轨道，然后填充能量逐渐增加的轨道。
5. 元素的周期性5.1 元素周期表元素周期表是将元素按照原子序数排列的表格。
元素周期表可以根据元素的原子结构和化学性质进行分类。
5.2 周期性规律元素周期表中的元素呈现出周期性规律。
同一周期的元素具有相似的化学性质，原因是它们具有相似的电子结构。
5.3 主族元素和过渡元素元素周期表可以分为主族元素和过渡元素。
原子如何达到相对稳定结构
原子如何达到相对稳定结构1. 引言说到原子，大家可能脑海中冒出一堆复杂的公式和图表，听得让人头疼。
不过，别着急，我们今天要轻松聊聊原子如何找到它们的“安身之处”。
想象一下，原子就像是在一场热闹的舞会中寻找舞伴，它们可不想一个人孤零零地站在墙角，是吧？所以，让我们一起来看看，这些小家伙是如何通过一系列的“配对”来获得稳定的。
2. 原子的基本构成2.1 原子的组成首先，咱们得搞清楚原子是由什么组成的。
原子主要由核子和电子构成。
核子包括质子和中子，简单来说，质子就像是个积极向上的小伙子，带着正电，而中子则是温和的中立派，啥电都不带。
然后，咱们的电子可就有趣多了，它们在原子外围高速旋转，像是一群活泼的孩子在操场上追逐打闹。
每个电子都有自己的能级，越靠近原子核的电子能量越低，像是小朋友们在滑滑梯，越滑越开心。
2.2 电子的排布讲到这，大家可能会问：“这和稳定有什么关系呢？”好问题！原子里的电子可不是随便排布的，它们遵循“安稳第一”的原则。
每个电子都想找个最舒服的位置待着，就像我们找个好沙发一样。
通常，电子会优先填满内层轨道，然后才是外层。
想象一下，一个人坐在酒吧的吧台上，先找个角落的位置，再和朋友们聚到一起。
这种“先内后外”的规律，就让原子显得更加稳定。
3. 原子的结合3.1 化学键的形成好，接下来我们要聊聊原子如何和其他原子搭档。
这里面就涉及到一个很重要的概念，叫做“化学键”。
化学键就像是原子之间的绳索，把它们紧紧连在一起。
最常见的两种化学键就是离子键和共价键。
离子键就像是强强联手，正负电荷的原子一见面就来个拥抱，形成了牢不可破的关系。
共价键则像是两个好朋友分享一块蛋糕，各自拿一半，这样大家都能开心。
3.2 原子为了稳定而“牺牲”为了找到一个“好伴侣”，原子们还得做出一些牺牲。
有些原子为了达到稳定，会选择放弃一些电子，变得“光荣退休”。
这就像是为了团队的荣誉，愿意让出自己的一部分，大家共同进步。
而其他原子则会选择接受这些电子，变得更加稳定。
2.1 半导体的原子结构
Index2.1 半导体的原子结构2.2 二极管的结构与主要参数2.3 二极管的特性2.4 二极管等效模型2.5 二极管开关电路2.6 二极管整流电路2.7 二极管限幅电路2.8 特殊用途二极管非线性元件——半导体二极管@附件2-1-1真空管的时代2.1.1 本征半导体+14半导体材料单晶体半导体——具有晶体结构的单一元素组成复合型半导体——由两个或多个元素组成+4以硅Si 为例：单个原子晶格+4+4+4+4+4+4+4+4+42.1.2 载流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由电子——运载电流的物质激发：产生一对空穴、自由电子复合：消失一对空穴、自由电子本振半导体载流子很少，导电性很差2.1.2 载流子自由电子与空穴的移动+4+4+4E+4+4+4E+4+4+4E+4+4+4E2.1.3 杂质半导体——改变导电性能+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5掺杂1、N 型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子2.1.3 杂质半导体——改变导电性能2、P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4掺杂+3空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+32.1.3 杂质半导体——改变导电性能1、N 型半导体2、P 型半导体正离子空穴自由电子负离子空穴自由电子多子：自由电子空穴少子：空穴自由电子2.1.4 漂移运动和扩散运动——形成电流原因：电场力浓度差空穴自由电子E电子电流空穴电流光照自由电子N 型半导体电子电流空穴电流空穴漂移运动扩散运动2.1.5 PN 结——特殊的结构1、PN 结的形成(a)(b)(c)(d)P N 区区E2.1.5 PN 结——特殊的结构2、PN 结的单向导电性P 区N 区扩散力内电场R耗尽层外电场VI F外电场I R零偏正偏反偏2.1.5 PN 结——特殊的结构3、PN 结的反向击穿P 区N 区扩散力内电场外电场RV耗尽层I R齐纳击穿雪崩击穿2.1.5 PN 结——特殊的结构4、PN 结的伏安特性uiOU BR⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1e T S U u I i 不考虑反向击穿时，PN 结的伏安特性方程为2.1.5 PN 结——特殊的结构5、PN 结的电容效应(a) 势垒电容C b(b)扩散电容C ddb j C C C +=。
print 第2章.原子的结构和性质
三个量子数n, l和m具有如下的关系
• 主量子数
n = 1, 2, 3, …, n;
• 角量子数
l = 0, 1, 2, …, n-1;
• 磁量子数
m= 0, ±1, ±2,…, ±l
每套量子数n, l和m决定一个波函数ψnlm的形式，即 决定了单电子原子体系的一种状态，因此简称为原子轨
道(AO, Atomic Orbital)。
• 两个径向节面，
3s
即n-l-1=2，所以n=3
§2.4 多电子原子的结构
2.4.1 多电子原子的Schrödinger方程
• 原子单位 atomic unit， a.u.
定核近似
r
2.4.1 多电子原子的Schrödinger方程
两个电子的 电子与原子核相互 两电子之间相互作 动能算符 作用的势能算符 用的势能算符
能级交错
2.4.1 多电子原子的Schrödinger方程
• 单电子波函数求 解结果与类氢粒 子波函数一样
n例：He原子基态
零级近似的计算结果：
实验值：
结论：零级近似的计算结果与实验值相差很大， 说明电子间的相互作用不可忽略。
2.4.2 单电子原子轨道能
和单电子波函数 Ψi 相应的能量 Ei
2. 由屏蔽常数近似计算原子轨道能
l 单电子原子的能级公式：
单电子原子的 能量E只与主量 子数n有关
1. 主量子数
• 能量量子化 • 能量为负，电子离
核无穷远时作为位 能的零点 • 简并度：在相同n 下，而l, m不同的 AO有n2个 例如，n=2时，空间波函数有
2. 角量子数 l：决定电子的原子轨道角动量的大小。
• 原子只要有角动量 也就有磁距
教案-选修3-5-2.1~2电子-原子的核式结构
东北师范大学附属中学朝阳学校
2.1 电子 原子的核式结构
1.2 冲量 动量定理
一、电子 1. 带负电 2. 由 JJ 汤姆森发现 3. 密立根精确测定 e 二、比荷 微观粒子的电荷与质量之比：q/m,
三、原子结构 枣糕模型（汤姆森） 否定 （卢瑟福） 粒子散射实验 建立
核式结构模型（卢瑟福）
“附中教师要做教育家，不要当教书匠。 ”——陈元晖
教学目标
3．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模 型的演化及其在物理学发展过程中的作用。 4．了解研究微观现象。 情感态度与价值观 1. 理解人类对原子的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩 证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的 事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认 识原子的。 2．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和 不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。 3． 通过对原子结构的认识的不断深入， 使学生认识到人类对微观世界的认识是 不断扩大和加深的， 领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。
3.原子的核 2. 你能列举其他模型的例子吗？ 式结构
3. 介绍新西兰物理学家卢瑟福的 α 粒子散射实验。 4. 介绍卢瑟福建立的原子核式模型。 【提问】根据汤姆森模型，为什么 α 粒子不会发生大角度散射？（讨论）
4.小结
本节课主要学习了一种粒子，两个模型，三个天才。 （配合 ppt 播放）
“附中教师要做教育家，不要当教书匠。 ”——陈元晖
东北师范大学附属中学朝阳学校
授课题目
2.1 电子 原子的核式 结构
第 1 课时
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Stable electron configuration
The states within the outermost or valence electron shell are completely filled. When all the electrons occupy the lowest possible energy levels, atom is in its ground state.
Henan Polytechnic University page 8
Atomic structure
Electrons in atom
position of an electron is described by a probability distribution or electron cloud.
2.3 Principles of crystal chemistry晶体化学基本原理 2.4 Crystal structures of non-metal elements非金属单质晶体结构 2.5 Crystal structures of inorganic compounds无机化合物晶体结构 2.6 Crystal structures of silicates硅酸盐晶体结构
Structure of atom
Nucleus Protons Neutrons Electrons
Quantum mechanics
Wave-mechanical model Micro particles exhibit both wavelike and particle-like characteristics The possibility of an electron being at a certain location around the nucleus may be various.
固体中质点间的键合
固体中质点间的结合力与结合能 化学键 范德华键 极化作用
Henan Polytechnic University page 4
Overview of Materials structure
Atomic structure Atomic arrangement Nanostructure Microstructure macrostructure
Hund rule
every orbital in a subshell is singly occupied with one electron before any one orbital is doubly occupied, and all electrons in singly occupied orbitals have the same spin. Example: electron configuration of silicon
Atomic bonding in solids
Bonding forces and energies Bonding in solid Dipolarization
Henan Polytechnic University page 3
2.1 原子结构与键合
材料的结构概述 原子结构
基本概念 核外电子的运动 电子构型
H 2.10 Li 0.98 Na 0.93 K 0.82 Rb 0.82 Cs 0.79 Mg 1.31 Ca 1.00 Sr 0.95 Ba 0.89 Sc 1.36 Y 1.22 La 1.10 Ti 1.54 Zr 1.33 Hf Ta V 1.63 Nb Cr 1.66 Mo 2.16 W 2.36 Re Os Mn 1.55 Tc Fe 1.83 Ru Co 1.88 Rh 2.28 Ir 2.20 Ni 1.91 Pd 2.20 Pt 2.28 Cu 1.90 Ag 1.93 Au 2.54 Zn 1.65 Cd 1.69 Hg 2.00 B 2.04 Al 1.61 Ga 1.81 In 1.78 Tl 2.04 C 2.55 Si 1.90 Ge 2.01 Sn 1.96 Pb 2.33 N 3.04 P 2.19 As 2.18 Sb 2.05 Bi 2.02 Po O 3.44 S 2.58 Se 2.55 Te F 3.98 Cl 3.16 Br 2.96 I 2.66 At
Henan Polytechnic University page 17
Atomic bonding in solids
Bonding forces and energies
Electronegative
Elements readily accept electrons to form negatively charged ions, or sometimes share electrons with other atoms.
Henan Polytechnic University page 2
Atomic structure and interatomic bonding
Overview of Materials structure Atomic structure
Fundamental concepts Electrons in atoms Electron configurations
2.1.3 固体中的键合
固体中质点间的结合力与结合能
价电子
原子核外最外层轨道上的原子 会参与形成原子间的键合 影响固体材料的许多物理化学性质 未填充满的电子层可以通过得失电子，或与其它原子共用电子对从而形成 稳定的电子态。
轨道杂化
在某些情况下，s和一些或全部p 轨道可以一起形成spn杂化轨道，例如Si， 和C。
Atomic structure
Electrons in atom
Energy state of electron
Schrodinger function indicates an electron in atom are permitted to have only some definite values of energy or energy level.
Bonding forces and energies
Valence electron
Electron(s) that occupy the outermost filled shell. Participate in the bonding between atoms to form atomic and molecular aggregates. Many of the physical and chemical properties of solids are based on valence electrons. Some atoms that have unfilled valence shells can reach to stable electron configuration by gaining or losing electrons to form charged ions, or by sharing electrons with other atoms.
2.1.2 原子结构
核外电子
电子的能量状态
薛定谔方程说明，处在 原子中的电子只能具有 一些特定的能量，相应 的，这些原子只能有特 定的状态。这些特定的 能量状态是不连续的。
Energy 5p 4d 5s 4p 3d 4s 3p 3s
量子数
核外电子的运动状态可 以用四个量子数表示， 即主量子数n，角量子数 l，磁量子数ml，自旋量 子数ms。 电子轨道
Each electron state can hold no more than one electrons
Principle of Lowest energy
All the electrons will occupy the lowest possible energies in accord with the foregoing restriction.
Hybrid orbital
Under special circumstance, the s and p orbitals combine to form hybrid spn orbitals. Examples: Si, C.
Henan Polytechnic University page 16
2.1.2 原子结构
原子结构基础
原子结构
原子核 质子 中子 核外电子
量子力学
微观粒子显示出波粒二相性 微观粒子同时表现出粒子和波的运动特性
驻波示意图
一个电子在原子核外不同区域出现的概率不相同。 薛定谔方程
2 2 (r , t ) U (r , t） i (r , t ) 2m t 2 2 2 h 2 2 2 2 ， x y z 2
稳定填充态
电子依次填充在能量最低的能级， 使整个原子体系能量最低。当一 个原子中的所有电子都处在最低 能级上的时候，原子就处于基态， 其他状态就是激发态。
例： 硅的电子构型
Si 1s22s22p63s23p2
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Atomic bonding in solids
Henan Polytechnic University page 14
Si 1s22s22p63s23p2
2.1.2 原子结构
Energy
电子构型
泡利不相容原理
同一个电子态只能有一个电子占 据。
能量最低原理
在不违反上面的规则的前提下， 电子优先占据能量最低的轨道。
洪特规则
在未填满的壳层中，电子优先占 据不同的轨道，且自旋方向相同。