化学故事会 第一话 原子结构

“ 化学是物理的一个分支 ”——物理学家

物质的本质是什么?

古代中国人说:气。古希腊哲学家德谟克利特(约460-370BC)说:原子。当然当时不可能知道原子到底是什么。

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德谟克利特

后来波意耳说:化学元素是用物理方法不能再分解的最基本物质组分。

1732年尤拉提出:有多少种原子就有多少种元素。

1785年拉瓦锡提出质量守恒定律。

1805年道尔顿提出化学原子论

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道尔顿

这都仅在宏观解释了原子和元素的概念,微观的东西由物理学家解释。

原子到底是怎么样的?

卢瑟福(物理学家)已经提出:原子由中心的原子核和核外电子组成


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电子是绕着原子核旋转吗?

不是。遇事不决,量子力学。

最早的猜想是波尔的行星模型,但后来发现,他的模型仅适用于氢原子(因为只有一个质子和一个电子,没有其他干扰)


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薛定谔

而目前公认的模型是用薛定谔方程算出来的量子力学原子模型:

微观世界里,电子的运动是随机的(别为我为什么,问就推给上帝),但是它们存在于一些地方的概率会比较大,这些地方其实就是我们说的:电子层。所以电子层真正的含义是电子出现概率较大的地方


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图中表示的只是电子可能出现的地方 而且只是s能级(看下面)

电子层是球形的吗?

也不是。电子层里面还分为很多个能级,能级又分为很多个轨道(又叫电子云)

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第一个电子层有s能级,第二个有s,p能级,第三个有s,p,d能级,以此类推。

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s能级有一个球形轨道,p能级有3个分别在三个方向的哑铃形轨道,d能级有5个稀奇古怪的轨道(有兴趣请自行百度),一个轨道可装两个电子。

什么?为什么轨道形状稀奇古怪?

去问薛定谔,是他算出来的,这锅让他背

有了这些轨道,随着质子数的增加,电子一个个地往轨道里填。又因为每一层的轨道不同,所以填进去的时候会呈现周期性变化

可以看一下化学书后面的周期表,每个元素下面都有一个价电子排布式(决定化学性质的电子叫价电子),如Cl是3s23p5,字母的3是电子层(M层),s,p是这个电子层里的一个能级,后面的2,5是在这个能级的电子数,所以Cl最外层(也就是第三层)有7个电子。

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很复杂?

这可是学选修一的同学们一定要知道的

要学好物质的各种性质也需要知道(不然很多机械记忆)

总之一句话,书上那幅原子结构的图

是为了简单而设的非本质的图

还有一件事

相对原子质量为什么要用1/12的12C?

阿伏伽德罗常数也用了这个

说来话长,我们下期聊


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