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原子结构是什么?

原子结构是什么?

俗话说,麻雀虽小,五脏俱全。原子虽然非常小,但内部的构造却很复杂。

我们知道,太阳系的中心是太阳,太阳周围的大小行星在围绕太阳不断运动。原子好像一个太阳系,它的中心,是原子核,在原子核周围,有一定数目的带负电的电子在不断运动。原子核的体积很小,假如把一个原子放大到篮球那么大,原子核也比针尖还小,但是原子核却集中了差不多整个原子的质量。氢原子核是最小的原子核,它的质量是电子质量的1836倍。

原子核体积虽小,仍是一个复杂的集体,它由两种更小的微粒组成,这两种微粒是质子和中子。质子和中子的质量相同,质子带正电,中子不带电。不同类原子核中含有不同数目的质子和中子。

氢原子的原子核是最小的原子核,仅由一个质子组成,在氢原子核中没有中子。惰性气体氦的原子核是由两个质子和两个中子组成。氧原子核是由8个质子和8个中子组成的。

一个原子核中所含质子的数目,叫做核电荷数。核电荷数相同的同一类原子称为一种元素。自然界的各种元素,按它们的核电荷数排列,核电荷数为几就称作第几号元素。例如氢是第一号元素,氦是第二号元素,氧是第八号元素,等等。

氧原子的核电荷数是8,在原子核外运动的电子也是8个,带正电的原子核和带负电的电子相互吸引,形成了原子。原子核的正电荷和电子的负电荷相等,所以整个原子是不带电的。在化学反应中,原子核不发生变化,只是核外的部分电子发生变化。

原子由原子核与核外电子构成。其中原子核又由质子和中子构成,电子在原子内一些特定的稳定的轨道上绕核运动。既然电子在原子核外是分层排布的,那么当有若干个电子时,它们是怎样分布在不同电子层上的?

我们将电子离核远近把电子层分为第1层、第2层……第7层(或者以K、L、M、N、O、P、Q)表示。离核近的电子层能量低,离核远的电子层能量高,第n个电子层最多能容纳的电子数为2n2个(例如第1层最多容纳2*1^2=2个,第2层最多容纳2*2^2=8个)。

根据能量最低原理,电子总是优先占据能量低的电子层(例如C,6个电子其中2个先占据K层,然后4个占据L层)。最外层电子数不能超过8,次外层电子数不能超过18……

根据洪特规则,当电子层处于全满、全空状态比较稳定(暂时不讨论半满,因为我这里讲的是电子层,而不是spd等轨道)。

以钠原子为例:

它的核外电子排布为K2

L8

M1

最外层要达到全满的稳定结构,要么失去1个电子成为K2

M8,要么得到7个电子成为K2

M8

L8,失去1个电子比得到7个电子容易得多,所以钠原子易失去1个电子。钠原子失去1个电子后电子数比核电荷数(质子数)少1,带1个单位正电荷,成为钠离子(Na+)。

以氯原子为例:

它的核外电子排布为K2

L8

M7

最外层要达到全满的稳定结构,要么失去7个电子成为K2

M8,要么得到1个电子成为K2

M8

L8,失去7个电子比得到1个电子困难得多,所以氯原子易得到1个电子。氯原子得到1个电子后电子数比核电荷数(质子数)多1,带1个单位负电荷,成为氯离子(Cl-)。

以碳原子为例:

它的核外电子排布为K2

L4

最外层要达到全满的稳定结构,要么失去4个电子成为K2,要么得到4个电子成为K2

M8,失去4个电子比较困难,得到4个电子也比较困难,所以碳原子不易形成离子,而易与其它原子共用电子来达到最外层8电子的稳定结构。

在原子中,1个电子带1个单位负电荷,1个质子带1个单位正电荷,质子数等于核外电子数,所以原子不带电。原子得失电子后会转变成离子:原子得电子带负电,称为阴离子,原子失电子带正电,称为阳离子。离子就是带电的原子或者原子团。

原子由原子核与核外电子构成。其中原子核又由质子和中子构成,电子在原子内一些特定的稳定的轨道上绕核运动。既然电子在原子核外是分层排布的,那么当有若干个电子时,它们是怎样分布在不同电子层上的?

我们将电子离核远近把电子层分为第1层、第2层……第7层(或者以K、L、M、N、O、P、Q)表示。离核近的电子层能量低,离核远的电子层能量高,第n个电子层最多能容纳的电子数为2n2个(例如第1层最多容纳2*1^2=2个,第2层最多容纳2*2^2=8个)。

根据能量最低原理,电子总是优先占据能量低的电子层(例如C,6个电子其中2个先占据K层,然后4个占据L层)。最外层电子数不能超过8,次外层电子数不能超过18……

根据洪特规则,当电子层处于全满、全空状态比较稳定(暂时不讨论半满,因为我这里讲的是电子层,而不是spd等轨道)。

以钠原子为例:

它的核外电子排布为K2

L8

M1

最外层要达到全满的稳定结构,要么失去1个电子成为K2

M8,要么得到7个电子成为K2

M8

L8,失去1个电子比得到7个电子容易得多,所以钠原子易失去1个电子。钠原子失去1个电子后电子数比核电荷数(质子数)少1,带1个单位正电荷,成为钠离子(Na+)。

以氯原子为例:

它的核外电子排布为K2

L8

M7

最外层要达到全满的稳定结构,要么失去7个电子成为K2

M8,要么得到1个电子成为K2

M8

L8,失去7个电子比得到1个电子困难得多,所以氯原子易得到1个电子。氯原子得到1个电子后电子数比核电荷数(质子数)多1,带1个单位负电荷,成为氯离子(Cl-)。

以碳原子为例:

它的核外电子排布为K2

L4

最外层要达到全满的稳定结构,要么失去4个电子成为K2,要么得到4个电子成为K2

M8,失去4个电子比较困难,得到4个电子也比较困难,所以碳原子不易形成离子,而易与其它原子共用电子来达到最外层8电子的稳定结构。

在原子中,1个电子带1个单位负电荷,1个质子带1个单位正电荷,质子数等于核外电子数,所以原子不带电。原子得失电子后会转变成离子:原子得电子带负电,称为阴离子,原子失电子带正电,称为阳离子。离子就是带电的原子或者原子团。

见下图:

图中+-号代表不可分割的正负电(磁)荷最基本单位元,称为:电磁位元-量子比特(qubit)