化學故事會 第一話 原子結構

“ 化學是物理的一個分支 ”——物理學家

物質的本質是什麼?

古代中國人說:氣。古希臘哲學家德謨克利特(約460-370BC)說:原子。當然當時不可能知道原子到底是什麼。

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德謨克利特

後來波意耳說:化學元素是用物理方法不能再分解的最基本物質組分。

1732年尤拉提出:有多少種原子就有多少種元素。

1785年拉瓦錫提出質量守恆定律。

1805年道爾頓提出化學原子論

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道爾頓

這都僅在宏觀解釋了原子和元素的概念,微觀的東西由物理學家解釋。

原子到底是怎麼樣的?

盧瑟福(物理學家)已經提出:原子由中心的原子核和核外電子組成


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電子是繞著原子核旋轉嗎?

不是。遇事不決,量子力學。

最早的猜想是波爾的行星模型,但後來發現,他的模型僅適用於氫原子(因為只有一個質子和一個電子,沒有其他干擾)


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薛定諤

而目前公認的模型是用薛定諤方程算出來的量子力學原子模型:

微觀世界裡,電子的運動是隨機的(別為我為什麼,問就推給上帝),但是它們存在於一些地方的概率會比較大,這些地方其實就是我們說的:電子層。所以電子層真正的含義是電子出現概率較大的地方


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圖中表示的只是電子可能出現的地方 而且只是s能級(看下面)

電子層是球形的嗎?

也不是。電子層裡面還分為很多個能級,能級又分為很多個軌道(又叫電子雲)

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第一個電子層有s能級,第二個有s,p能級,第三個有s,p,d能級,以此類推。

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s能級有一個球形軌道,p能級有3個分別在三個方向的啞鈴形軌道,d能級有5個稀奇古怪的軌道(有興趣請自行百度),一個軌道可裝兩個電子。

什麼?為什麼軌道形狀稀奇古怪?

去問薛定諤,是他算出來的,這鍋讓他背

有了這些軌道,隨著質子數的增加,電子一個個地往軌道里填。又因為每一層的軌道不同,所以填進去的時候會呈現週期性變化

可以看一下化學書後面的週期表,每個元素下面都有一個價電子排布式(決定化學性質的電子叫價電子),如Cl是3s23p5,字母的3是電子層(M層),s,p是這個電子層裡的一個能級,後面的2,5是在這個能級的電子數,所以Cl最外層(也就是第三層)有7個電子。

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很複雜?

這可是學選修一的同學們一定要知道的

要學好物質的各種性質也需要知道(不然很多機械記憶)

總之一句話,書上那幅原子結構的圖

是為了簡單而設的非本質的圖

還有一件事

相對原子質量為什麼要用1/12的12C?

阿伏伽德羅常數也用了這個

說來話長,我們下期聊


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