实用电子学/原子结构

物质

物质是指任何可以测量且具有自身物理和化学性质的物理量。

物理性质

所有物质都存在于三种状态之一，称为经典状态。它们是：固体，如冰块，液体，如水，以及气体，如水蒸气。

所有物质都具有质量、体积和密度。密度等于质量与体积之比。

$D={\frac {M}{V}}$

其中

M，质量，以千克 kg 为单位测量

V，体积，以 m³ 为单位测量

D，密度，以千克 kg/m³ 为单位测量

化学性质

所有物质都由一种或多种化学元素组成。

每个化学元素都由原子组成。原子是构成元素的最小部分。

截至 2010 年 4 月 10 日，人类已知有 118 种经确认的化学元素，它们被整理在一个称为元素周期表中，该表列出了每个元素的化学符号、原子序数和原子质量。

m

E

z

其中

m，质量

E，元素

z，原子序数

亚原子带电粒子

对物质的进一步研究表明，原子是由带电的亚原子粒子组成的。就我们这里所关注的而言，有三种带电粒子。

原子的简化模型

• 电子

电子带负电，符号为 e^-，质量为 0.005 a.m.u

• 质子

质子带正电，符号为 p⁺，质量为 1 a.m.u

• 中子

中子不带电，符号为 n⁰，质量为 1 a.m.u

原子核是由质子和中子结合形成的，但它们不会带电。尽管中子不带电，但当它们紧密结合在一起时，会被质子吸引。

卢瑟福模型

卢瑟福的原子模型

1911 年，卢瑟福提出了一个物质模型，该模型由带电粒子组成，例如电子、质子和中子。由于今天的技术进步和对科学的理解有所提高，卢瑟福模型不再被认为是原子结构的准确表示。

根据卢瑟福模型，

1. 所有物质都具有质量 M、体积 V 和密度，密度等于质量与体积之比，存在于三种状态：固体（如冰块）、液体（如水）、气体（如水蒸气）
2. 一个原子主要由空旷的空间组成，电子在固定、带正电的原子核周围的固定、可预测的路径上运行。
3. 所有物质都由带电粒子构成，最小的不可分割的部分仍然具有物质的特性
4. 所有物质都具有由质子和中子组成的原子核，电子在原子核周围运行
5. 轨道上的电子数量必须等于原子核中的质子数量。元素周期表中的原子序数表示原子核中的质子数量或轨道上的电子数量。
6. 只有最外层轨道的电子才能参与反应
7. 原子核的大小与原子总大小相比非常小。

玻尔模型

玻尔的原子模型

1913 年，玻尔提出

1. 每个电子的轨道都具有与能级数 n 相对应的能量量子。
2. 有 4 个能级数 n = 1 ..4。n = 4 具有最高能级。n = 1 具有最低能级
3. 能级取决于轨道的尺寸，轨道越小，能级越低
4. 当电子从高能级移动到低能级时，电子会发射电磁光波
5. E_n-1 - E_n = hf