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    原子结构是指原子的构成组成以及部分的搭配和安排。原子是组成物质的微观粒子,今天小编就来带大家了解一下原子结构示意图,深入了解一下原子。

    1、什么是原子结构示意图

    原子结构示意图是表示原子核电荷数和电子层排布的图示形式。小圈和圈内的数字表示原子核和核内质子数,弧线表示电子层,弧线上的数字表示该层的电子数。

    2、原子结构示意图的原理

    1.核外电子是分层排列的,从里到外1,2,3,4,5,6,7。

    2.第一层最多2个电子,第二层最多8个电子,当电子层超过三层时,倒数第二层不超过18个电子;当电子层超过四层时,倒数第三层最多不超过32个电子,最外层不超过8个电子。

    3.最外层8个电子的结构叫做稳定结构(特殊的是稀有气体中的氦是最外层2个电子)。

    4.金属原子最外层电子数<4易失电子。

    5.每层最多排2×(n)^2个电子(n表示层数)

    6.非金属原子最外层电子数≥4 容易得到电子. 化学性质不稳定

    7.稀有气体最外层电子数是8个. He:(2个)不得不失(达到最稳定状态,所以稀有气体性质较稳定)。

    3、原子结构示意图的规律

    (1)各电子层最多容纳的电子数目是2n2。

    (2)其次,最外层电子数目不超过8个(K层为最外层时不超过2个)。

    (3)第三,次外层电子数目不超过18个,倒数第三层电子数目不超过32个。

    核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层里,然后再由里往外依次排布在能量逐步升高的电子层里。

    4、原子结构示意图的常考点

    1.会根据最外层电子数初步判断原子的类型。最外层电子数小于4,一般属于金属原子;最外层电子数大于4,属于非金属原子;最外层电子数等于8,属于稀有气体原子,有一个特殊的稀有气体原子氦,它的最外层电子是2.注意:氢原子的最外层电子数是2,但属于非金属原子。

    2.会根据最外层电子数判断化学性质。最外层电子数相等,化学性质相似。

    3.会根据质子数和核外电子数判断阴阳离子和原子。质子数等于电子数,是原子;质子数大于电子数,是阳离子;质子数小于电子数,是阴离子。

    以上内容就是我们科学高分网所介绍的原子结构示意图的内容,同学们要学好这块知识,首先要学会如何去看图。

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    1、原子结构

    原子原子核和围绕原子核旋转的电子构成。如果将原子比作一棒球场,那么原子核大大小不比一个棒球大,但原子的所有重量都集中在原子核上,而电子只相当于棒球场上的苍蝇,所占空间相比来说也是极小的。原子核带正电荷,电子带负电荷。原子内正电荷和负电荷数量相等,所以原子整体是中性的。电子围绕原子核运动,和地球围绕太阳远行相似。在核的引力作用下,电子分成几层(又叫能带 energy band)按完全确定的轨道运行,而且各层所能容纳的电子数目也有一定规律。以硅元素为例,原子核周围的14个电子组成三层环,围绕原子核运动。从里往外数,第一层环上有其2个电子,其余依次为8、4个电子。凡是环上的电子数为2、8、18时.这些环上的电子总是比较稳定的,这类元素一般形成绝缘体。若环上的电子数不等于以上各数时,这些环上的电子总是不太稳定。于最外层的价电子离核比较远,所受引力最小,所以最容易受外界影响而形成自由电子。导体和半导体都是靠最外层的自由电子进行导电的。

                   

    而每个原子核除了吸引自己的价电子外,还吸引相邻原子的价电子。因此,两个相邻原子的价电子便成对地存在。这一对电子同时受这两个原子核的吸引,为它们所“共有”。这两个相邻原子也通过这个电子对被联系在一起。这样,电子对就好像起了键(联结)的作用,我们叫它共价键每一个硅原子以其4个价电子与其他4个硅原子的价电子组成4个共价键而达到稳定状态。在理想情况下,硅晶体中所有的价电子都织成了电子对,因此没有自由电子,这时硅晶体是不易导电的。纯硅晶体也不是像绝缘体一样完全不导电,所以这类固态成为半导体。在外力作用下电子会逃脱共价键,形成空穴和自由电子,均被称作载流子。以硅晶体结构为例:

                        硅晶体共价键结构

    2、半导体

    半导体有以下特性:1)热敏性,随着环境温度变化,它的导电能力变化很大。2)光敏性,收到光照时,有的半导体导电率迅速降低。3)掺杂特性,金属掺入少量杂质会增大电阻,而半导体掺入少量的特定杂质哪怕只有几十万分之一的特定杂质,电阻率就可能下降到原来的几百分之一。

    我们知道,水流大小是由水分子的移动形成的,水是水流的载流子;同样,带电荷的可移动粒子是电流的载流子由于受到共价键的束缚,原子核(带正电荷)和电子(带负电荷)都不可移动的,所以硅的导电性能比较差。
     
    硅晶体的共价键并不是非常坚固,由于受到温度、光、磁等能量的激发作用,极少的电子获得足够的能量,可以摆脱共价键的束缚,带负电荷的电子便可以移动了,支持了电流的形成。这个电子离开原子后,共价键就少了一个电子,留下一个空位置(我们称为空穴),该原子同时变成了带正电荷的离子。因为这种带正电荷的离子都有一个空穴,我们不如将空穴视为带正电荷的“粒子”(实际上空穴不是粒子,但是原子有空穴,就代表此处有正电荷)。
     
    这种由于热激发产生了一对“自由电子”和“空穴”的过程,称为本征激发。自由电子带负电荷,空穴带正电荷。自由电子和空穴都是半导体的载流子。
    同理,自由电子和空穴也可以复合。

     

    杂质半导体
    掺入杂质的半导体称为杂质半导体。
    由于本征导电性能差,如果参入+5价或者+3价的原子,可以大大提高其导电性能。
    比如,掺入+5价的磷原子后,磷的4个电子和周围4个硅原子形成共价键,还剩有1个电子,由于不受共价键束缚可以自由移动,这种杂质半导体称为N型半导体。N代表负极性Negetive,由于引入了1个自由电子,所以称为N型半导体
    同理,掺入+3价的硼原子后,硼的3个电子和周围4个硅原子形成共价键的话,会出现一个空穴,这种杂质半导体称为P型半导体。P代表正极性Positive。

     

    3,本征半导体:

           本征半导体是纯净(无杂质)的晶体结构(结构稳定)的半导体。

    4,本征半导体的结构

           共价键:相邻两个原子共用一对最外层电子,形成共价键。

         

     

    5,本征半导体中的两种载流子

           自由电子:由于热运动,具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子,其带负电。

           空穴:自由电子的产生使共价键中留有一个空位置,称为空穴,其带正电。

            

           复合:自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。

     

    在一定温度下,自由电子与空穴对的浓度一定(动态平衡)。温度升高,热运动加剧,挣脱共价键的电子增多,自由电子与空穴对的浓度增大。

     

    外加电场时,带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电,且运动方向相反。

    空穴运动的本质:价电子依次替补空穴的位置,在表面上看是空穴运动

     

    关于二极管的原理来自于PN结,下图为本征半导体:

    6.空穴与电子

    动画中空穴是红的,电子是蓝的,其实我一直对空穴这个概念很抵触,因为从这个动画上来看空穴是不动的。但讲PN结、三极管的时候都会把空穴当成运动的载流子,虽然似乎也不是很难理解。

    P型半导体空穴多,容易吸引电子但原子核电荷不够,会形成负电荷
    N型半导体电子多,电子容易逃跑且原子核电荷太多,会形成正电荷

    7.PN结

    P(Positive)型半导体N(Negative)型半导体构成PN结以后,会扩散出一个内电场,也叫PN结阻挡层耗尽层空间电荷区

    电子受到电场力作用会漂移向N级,但N级电子太多,还是会向P级扩散。两种运动形成了动态平衡,当然,不一定会像下面这个动画一样形成稳定的环形电流。

    3.正向偏置

    电源正极接P,负极接N,电荷会重新分布

    因为载流子多而且PN结窄,所以会形成比较大的电流。

    4.反向偏置

    电源正极接N,负极接P,电荷也会重新分布

    因为载流子少而且PN结太宽,所以电流会很小。

     

    PN结基本原理就讲到这里。

     

     

     

     

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  • 原子模型历史变迁

    2021-02-05 06:32:59
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    原子是由原子核和核外电子组成的,并且电子在核外分层排列

     

    核外电子出现在某一空间的频率不一样,根据频率的高低抽象出了原子轨道

     

    【维基百科资料-原子轨道】
    原子轨道
    是以数学函数描述原子中电子似波行为。此波函数可用来计算在原子核外的特定空间中,找到原子中电子的概率,并指出电子在三维空间中的可能位置。“轨道”便是指在波函数界定下,电子在原子核外空间出现概率较大的区域。具体而言,原子轨道是在环绕着一个原子的许多电子(电子云)中,个别电子可能的量子态,并以轨道波函数描述。

    现今普遍公认的原子结构是波耳氢原子模型:电子像行星,绕着原子核(太阳)运行。然而,电子不能被视为形状固定的固体粒子,原子轨道也不像行星的椭圆形轨道。更精确的比喻应是,大范围且形状特殊的“大气”(电子),分布于极小的星球(原子核)四周。只有原子中存在唯一电子时,原子轨道才能精准符合“大气”的形状。当原子中有越来越多电子时,电子越倾向均匀分布在原子核四周的空间体积中,因此“电子云”越倾向分布在特定球形区域内(区域内电子出现概率较高)

    在原子物理学的运算中,复杂的电子函数常被简化成较容易的原子轨道函数组合。虽然多电子原子的电子并不能以“一或二个电子之原子轨道”的理想图像解释,它的波函数仍可以分解成原子轨道函数组合,以原子轨道理论进行分析;就像在某种意义上,由多电子原子组成的电子云在一定程度上仍是以原子轨道“构成”,每个原子轨道内只含一或二个电子。

     

    薛定谔方程式才解释了原子中的电子波动,定下关于新概念“轨道”的函数

     

    电子层叫做能层,在能层中分能级,能级就是这样的原子轨道。轨道分为spdf等等,每个轨道可以容纳两个电子,下图是这些轨道的形状。

    【分子结构】原子结构总结——2015年9月12日 - 本性之初 - -本性之初-

    由图,s轨道是球形的,它可以容纳2个电子;p轨道是哑铃型的,并且有3个方向,所以一共可以容纳6个电子;而d轨道有5个方向,可以容纳10个电子。

    并且,每多一层,就多出来一个类型的轨道。(第一层只有s,第二层有了sp,第三层spd等等)

    所以总结起来就是,第n个能层可以最多容纳个电子,但有时候它没有排满就会进入下一个能层,从而保证能量最低。



    在针对原子结构的学习中,有3个主要的原理需要学习:

     

    【能量最低原理】

    【分子结构】原子结构总结——2015年9月12日 - 本性之初 - -本性之初-

    电子优先占据能量较低的原子轨道,使整个原子体系能量处于最低,这样的状态是原子的基态

     

    在原子轨道能量中,离原子核越近,吸引力越大,能量也就最低。

    于是乎,就要符合构造原理(随核电荷数递增,大多数元素的电中性基态原子的电子按顺序填入核外电子运动轨道,如图)

     

    【泡利原理】

    处于同一原子轨道的两个电子必定拥有相反的自旋方向

     

    【洪特规则】

    电子排布在同一能级不同轨道时,总是优先单独占据一个轨道,且自旋方向相同。

    (轨道被电子半充满或全充满时,能量最低)


    【分子结构】原子结构总结——2015年9月12日 - 本性之初 - -本性之初-

     



    基态原子是指在上述原理下构建出来的原子模型,而对于一些原子,他的电子得到能量后发生越迁,变为激发态原子。(这一过程与光有关系0 0,吸收光谱,发射光谱等等)


    ----------------------------------

    这个是今天总结的

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    物质:

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    分子:

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    分子扩展

    原子(atom):

    化学反应不可再分的基本微粒,原子在化学反应中不可分割。但在物理状态中可以分割。原子由原子核和绕核运动的电子组成。原子构成一般物质的最小单位,称为元素。已知的元素有118种。 [1-2]  因此具有核式结构。

    原子由原子核和核外电子组成。原子核由质子和中子组成。
    (氢原子例外,只由一个质子和一个电子组成)。

    原子扩展

    中子不带电,质子带正电,电子带负电。

    中子和质子由夸克组成。

    夸克(英语:quark):

    是一种参与强相互作用的基本粒子,也是构成物质的基本单元。夸克互相结合,形成一种复合粒子,叫强子。强子中最稳定的是质子中子,它们是构成原子核的单元。由于一种叫“夸克禁闭”的现象,夸克不能够直接被观测到,或是被分离出来,只能够在强子里面找到。基于这个原因,我们对夸克的所知大都是间接的来自对强子的观测。

    夸克扩展

    分子、原子、原子核、中子、质子、电子属于微观粒子,通称为量子。

    量子:

    一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。量子英文名称量子一词来自拉丁语quantus,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念,指一个不可分割的基本个体。例如,“光的量子”(光子)是一定频率的的基本能量单位。而延伸出的量子力学量子光学等成为不同的专业研究领域。其基本概念为所有的有形性质是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值是离散的,而不是连续地任意取值。例如,在原子中,电子的能量是可量子化的。这决定了原子的稳定性和发射光谱等一般问题。绝大多数物理学家将量子力学视为了解和描述自然的基本理论

    通俗地说,量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元

    量子扩展

    电子:

    是最早发现的基本粒子。带负电,电量为1.602189×10-19库仑,是电量的最小单元。质量为9.10953×10-28克。 常用符号e表示。1897年由英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生在研究阴极射线时发现。一切原子都由一个带正电的原子核和围绕它运动的若干电子组成。电子的定向运动形成电流,如金属导线中的电流。利用电场和磁场,能按照需要控制电子的运动(在固体、真空中),从而制造出各种电子仪器和元件,如各种电子管、电子显微镜等。电子的波动性于1927年由晶体衍射实验得到证实。

    离子:

    是指原子由于自身或外界的作用而失去或得到一个或几个电子使其达到最外层电子数为8个或2个(氦原子)或没有电子(四中子)的稳定结构。这一过程称为电离。电离过程所需或放出的能量称为电离能。

     

    参考:

    http://www.mofangge.com/html/qDetail/05/c0/201310/rmc1c005145851.html

    https://blog.csdn.net/zkq_1986/article/details/79202425

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原子的组成和结构