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文档简介

原子模式量子力学原理图示吸引力、排斥力与最终的能量平衡距离与结合能量离子、共价、金属、氢、vanderWaals键结展示各种键结的材料第二章原子结构与原子间键结

Fe原子在Cu基板上原子像(IBM)CO原子在Pt基板上原子像(IBM)Xe原子在Ni基板上原子像(IBM)基本观念(一)

原子结构电荷:1.60x10-19C中子重量1.67x10-27kg(p,n),9.11x10-31kg(e)基本观念(二)

尺寸原子序:Z,钸(94,Pu)同位素:Z,N原子质量单位:A=12.00000forC12

1.Namethetwoatomicmodelscited,andnotethedifferencesbetweenthem.2..Describetheimportantquantum-mechanicalprinciplethatrelatestoelectronenergies.3.(a)Namethefourelectronquantumnumbers. (b)Foraspecificelectron,notewhateachofitsquantumnumbersdetermines.4..4.WriteadefinitionofthePauliexclusionprinciple.5.Writethegeneralcharacteristicsoftheelementsthatarearrayedineachcolumnoftheperiodictable.6.Writetheequationthatrelatesenergyandforce.7.

7.(a)Schematicallyplotattractive,repulsive,andnetenergiesversusinteratomicseparationfortwoatomsorions. (b)Nownoteonthisplottheequilibriumseparationandthebondingenergy.8.(a)Brieflydescribeionic,covalent,metallic,hydrogen,andvanderWaal'sbonds. (b)Nownotewhatmaterialsexhibiteachofthesebondingtypes.9.Giventhechemicalformulaforamaterial,beabletocitewhatbondingtype(s)is(are)possible.10.Giventheelectronegativitiesoftwoelements,computethepercentioniccharacterofthebondthatformsbetweenthem.11.Definewhatismeantbytheterm"molecule".J.J.ThomsonCathodeRayTubeMaxPlanck(1858-1947)

MaxKarlErnstLudwigPlanck

TheNobelPrizeinPhysics1918"inrecognitionoftheservicesherenderedtotheadvancementofPhysicsbyhisdiscoveryofenergyquanta"ErnestRutherford(1871-1937)ErnestRutherford(1871-1937)

TheNobelPrizeinChemistry1908"forhisinvestigationsintothedisintegrationoftheelements,andthechemistryofradioactivesubstances"NielsHenrikDavidBohrNielsHenrikDavidBohrTheNobelPrizeinPhysics1922"forhisservicesintheinvestigationofthestructureofatomsandoftheradiationemanatingfromthem"PrinceLouisdeBroglie

(1892-1987)

PrinceLouis-VictorPierreRaymonddeBroglie

TheNobelPrizeinPhysics1929"forhisdiscoveryofthewavenatureofelectrons"ErwinSchrödinger(1887-1961)ErwinSchrödingerTheNobelPrizeinPhysics1933"forthediscoveryofnewproductiveformsofatomictheory"WERNERHEISENBERG(1901-1976)WernerKarlHeisenberg

TheNobelPrizeinPhysics1932"forthecreationofquantummechanics,theapplicationofwhichhas,interalia,ledtothediscoveryoftheallotropicformsofhydrogen"电子组态(electronconfiguration)

电子能态(energystate)最低能态(groundstate)Pauli互斥原理(Pauliexclusionprinciple)电子组态:原子结构,电子能态占据的方式WolfgangPauli(1900-1958)WolfgangPauli(1900-1958

TheNobelPrizeinPhysics1945"forthediscoveryoftheExclusionPrinciple,alsocalledthePauliPrinciple"电子组态

价电子(valenceelectron)稳定电子组态(stableelectronconfiguration)混合spn

轨域(hybridspnorbital),n=1,2,3量子数

主要(principal,n)量子数:K,L,M,N,O:距离次(subshell,l)量子数:s,p,d,f,1ton:形状磁(magnetic,m)量子数:-(l-1)to+(l-1)自旋(spin,s)量子数:-1/2,+1/21s2py3s3py3dxz4py4dxzLi(3):1s22s1Na(11):1s22s22p63s1K(19):1s22s22p63s23p64s1Sc(21):1s22s22p63s23p63d14s2Zn(30):1s22s22p63s23p63d104s2Kr(36):1s22s22p63s23p63d104s24p6键结力与能量

吸引力、排斥力,净力吸引能、排斥能,净能键结能力、能量与原子间距离曲线键结能大:熔点高室温:固体、液体、气体力与原子间距离曲线:刚硬度能量与原子间距离曲线:热膨胀离子键:存在于紧邻而带相反电荷离子之库伦原子间键结NaCl,MgO库伦静电力EA=-A/r,ER=B/rn

(n~8)Non-directional3-8eV/atom晶质与非晶质

共价键:紧邻原子共享电子之原子间键结diamond,Si,Ge,GaAs,InSb,SiC,H2,Cl2,F2,CH4,H2O,HNO3,HF特定方向,8-N’键强(diamond)或弱(Bi)高分子材料离子与共价键周期表中相对位置,阴电性距离愈远,阴电性差愈大,离子键性愈强%离子键性={1-exp[-(0.25)(XA-XB)2]}x100金属键:在金属固体中所有原子共享不限于局部价电子之原子间键电子海,电子云,黏胶离子核心.不具方向性0.7eV/atomforHg,8.8eV/atomforW良导体,延展性好JohannesDiderikVanderWaals(1837–1923)JohannesDiderikvanderWaals

TheNobelPrizeinPhysics1910"forhisworkontheequationofstateforgasesandliquids"水:独特的外形与构成赋予水近乎魔术般的力量(米老鼠、熊宝宝)令人清新有劲的古董(数十亿年)最神奇、多变的物质氢键:如磁铁相吸惊人的溶解力:第一溶剂,溶解地表上下所有物质酸雨、灌溉水分子间强大吸引力:毛细现象微血管2%:口渴,7%:脱水死亡

The2001NobelPrizeinPhysics"fortheachievementofBose-Einsteincondensationindilutegasesofalkaliatoms,andforearlyfundamentalstudiesofthepropertiesofthecondensates".

Bose-Einsteincondensate(BEC,波色-爱因斯坦冷凝物)EricA.Cornell(39),WolfgangKetterle(43),CarlE.Wieman(50)Bose-Einsteincondensate

1995,CornellandWieman

apurecondensateofabout2000rubidiumatomsat20nK(nanokelvin),

Ketterle:sodiumatoms.Thecondensateshemanagedtoproducecontainedmoreatomsandcouldthereforebeusedtoinvestigatethephenomenonfurther.

``Ihopedthatonedaythismighthappen,butIwasreallythinkingalongthelinesof20yearslaterandnotsix,''saidCornell.Wiemansaid:``IdiscoveredthatI'mnotnearlyasexcitedab

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