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原子的球形與電子的能量

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2023-02-15 19:07:07    瀏覽次數(shù):100
導(dǎo)讀

1、原子的球形結(jié)構(gòu)描述原子大小,我們使用原子半徑。之所以這樣描述,是因?yàn)槲覀儗⒃涌闯闪藞A球形的結(jié)構(gòu)。那么,什么證據(jù)支持原子呈球形的結(jié)論呢?因?yàn)樵又须娮拥倪\(yùn)動(dòng)速度極快,以致于無論是哪個(gè)時(shí)刻,人們都無

1、原子的球形結(jié)構(gòu)

描述原子大小,我們使用原子半徑。之所以這樣描述,是因?yàn)槲覀儗⒃涌闯闪藞A球形的結(jié)構(gòu)。那么,什么證據(jù)支持原子呈球形的結(jié)論呢?

因?yàn)樵又须娮拥倪\(yùn)動(dòng)速度極快,以致于無論是哪個(gè)時(shí)刻,人們都無法同時(shí)把電子的運(yùn)動(dòng)速度和位置(坐標(biāo))精確地測(cè)定出來;于是,大家不得不通過尋找電子在核周圍的空間中出現(xiàn)的概率的方式來描述電子的運(yùn)動(dòng)特征。用這種方式描述核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,就可以找到電子的運(yùn)動(dòng)空間(這個(gè)空間實(shí)際上就是原子軌道)。而且,電子在原子核外的不同空間中出現(xiàn)的概率不同。當(dāng)把原子中全部有電子占據(jù)的原子軌道的空間都重疊在一起時(shí),我們發(fā)現(xiàn),這些空間重疊的結(jié)果——電子占據(jù)的全部空間的形狀和球形幾乎一模一樣。由此,我們就可以將原子看成是一個(gè)球了。

原子的球形

需要說明,上述圖片中原子軌道的空間形狀,就是軌道中電子運(yùn)動(dòng)空間的形狀。圖中空間的形狀所呈現(xiàn)的兩種顏色源于各空間所對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)的值有正、負(fù)差別,但不管是哪種顏色的空間部分,電子都會(huì)在其中出現(xiàn)。

2、電子的能量

原子核外電子的能量與電子到核的距離有關(guān)。我們?cè)谟懻撛印⒎肿又须娮拥模偅┠芰繒r(shí),為研究方便,特別定義離原子核無窮遠(yuǎn)處的電子的能量等于零。由于離核無窮遠(yuǎn)的電子與核沒有任何相互作用,所以,沒有核約束它的運(yùn)動(dòng),這時(shí)的電子其實(shí)就是自由電子。

然而,電子不可能離核無窮遠(yuǎn),所以,只要離核不是無窮遠(yuǎn),電子的能量就都是負(fù)值。電子離核越近,其能量E(負(fù)值)的絕對(duì)值就越大,能量就越低。這就是我們常說K層中電子的能量比L層的低的原因。

怎么理解原子核附近電子的(總)能量為負(fù)呢?電子的(總)能量包括電子與核之間的吸引勢(shì)能Ep(負(fù)值,中學(xué)物理學(xué)過)和電子運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能Ek(正值)。因?yàn)镋p的絕對(duì)值總是大于Ek,所以,核附近電子的(總)能量就為負(fù)值。原子電離能的數(shù)值為正值(有例外)就與此相關(guān)。所謂電離,本質(zhì)上就是環(huán)境提供一個(gè)正的能量,用于彌補(bǔ)核外電子本身負(fù)的能量,使電子的能量升高,達(dá)到能量的零點(diǎn),于是,電子就電離(自由)了。

需要說明,如核外有多個(gè)電子,則電子之間還有排斥勢(shì)能(正值),但這仍然不會(huì)改變核外電子的(總)能量為負(fù)的結(jié)果。

核外電子的總能量

核外電子的能量關(guān)系

 
(文/小編)
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