精华内容
下载资源
问答
  • 本文主要介绍了一下关于石英晶体内部构造图及检测方法。
  • 所有原子结构示意

    2020-12-30 17:53:45
    所有原子结构示意+11氢H+22氦He+321锂Li+422铍Be+523硼B+624碳C+725氮N+826氧O+927氟F+1028氖Ne+11281钠Na+12282镁Mg+13283铝Al+14284硅Si+15285磷P+16286硫S+17287氯Cl+18288氩Ar+192881钾K+202882钙Ca+21289...

    所有原子结构示意图

    +1

    1

    H

    +2

    2

    He

    +3

    2 1

    Li

    +4

    2 2

    Be

    +5

    2 3

    B

    +6

    2 4

    C

    +7

    2 5

    N

    +8

    2 6

    O

    +9

    2 7

    F

    +10

    2 8

    Ne

    +11

    2 8 1

    Na

    +12

    2 8 2

    Mg

    +13

    2 8 3

    Al

    +14

    2 8 4

    Si

    +15

    2 8 5

    P

    +16

    2 8 6

    S

    +17

    2 8 7

    Cl

    +18

    2 8 8

    Ar

    +19

    2 8 8 1

    K

    +20

    2 8 8 2

    Ca

    +21

    2 8 9 2

    Sc

    +22

    2 8 10 2

    Ti

    +23

    2 8 11 2

    V

    +24

    2 8 13 1

    Cr

    +25

    2 8 13 2

    Mn

    +26

    2 8 14 2

    Fe

    +27

    2 8 15 2

    Co

    +28

    2 8 16 2

    Ni

    +29

    2 8 18 1

    Cu

    +30

    2 8 18 2

    Zn

    +31

    2 8 18 3

    Ga

    +32

    2 8 18 4

    Ge

    +33

    2 8 18 5

    As

    +34

    2 8 18 6

    Se

    +35

    2 8 18 7

    Br

    +36

    2 8 18 8

    Kr

    +37

    2 8 18 8 1

    Rb

    +38

    2 8 18 8 2

    Sr

    +39

    2 8 18 9 2

    Y

    +40

    2 8 18 10 2

    Zr

    +41

    2 8 18 12 1

    Nb

    +42

    2 8 18 13 1

    Mo

    +43

    2 8 18 13 2

    Tc

    +44

    2 8 18 15 1

    Ru

    +45

    2 8 18 16 1

    Rh

    +46

    2 8 18 18

    Pd

    +47

    2 8 18 18 1

    Ag

    +48

    2 8 18 18 2

    Cd

    +49

    2 8 18 18 3

    In

    +50

    2 8 18 18 4

    Sn

    +51

    2 8 18 18 5

    Sb

    +52

    2 8 18 18 6

    Te

    +53

    2 8 18 18 7

    I

    +54

    2 8 18 18 8

    Xe

    +55

    2 8 18 18 8 1

    Cs

    +56

    2 8 18 18 8 2

    Ba

    +57

    2 8 18 18 9 2

    La

    +58

    2 8 18 19 9 2

    Ce

    +59

    2 8 18 21 8 2

    Pr

    +60

    2 8 18 22 8 2

    Nd

    +61

    2 8 18 23 8 2

    Pm

    +62

    2 8 18 24 8 2

    Sm

    +63

    2 8 18 25 8 2

    Eu

    +64

    2 8 18 25 9 2

    Gd

    +65

    2 8 18 27 8 2

    Td

    +66

    2 8 18 28 8 2

    Dy

    +67

    2 8 18 29 8 2

    Ho

    +68

    2 8 18 30 8 2

    Er

    +69

    2 8 18 31 8 2

    Tm

    +70

    2 8 18 32 8 2

    Yb

    +71

    2 8 18 32 9 2

    Lu

    +72

    2 8 18 32 10 2

    Hf

    +73

    2 8 18 32 11 2

    Ta

    +74

    2 8 18 32 12 2

    W

    +75

    2 8 18 32 13 2

    Re

    +76

    2 8 18 32 14 2

    Os

    +77

    2 8 18 32 15 2

    Ir

    +78

    2 8 18 32 17 1

    Pt

    +79

    2 8 18 32 18 1

    Au

    +80

    2 8 18 32 18 2

    Hg

    +81

    2 8 18 32 18 3

    Tl

    +82

    2 8 18 32 18 4

    Pb

    +83

    2 8 18 32 18 5

    Bi

    +84

    2 8 18 32 18 6

    Po

    +85

    2 8 18 32 18 7

    At

    +86

    2 8 18 32 18 8

    展开全文
  • 我们来看看,现代微惯导芯片的电子显微镜下的内部原子结构和原理... 多么迷人的结构,稍后上.....

    我们来看看,现代微惯导芯片的电子显微镜下的内部原子结构和原理...

    多么迷人的结构,稍后上图.....

    展开全文
  • 相比于传统的高分辨相位衬度成像技术,高分辨扫描透射电子显微镜可提供具有更高分辨率、对化学成分敏感以及可直接解释的图像,因而被广泛应用于从原子尺度研究材料的微观结构及成分。其中高角环形暗场像(HAADF-STEM...

    0ce7c9a9698e1e3d440496f810f11c1c.png

    近20年来,随着电子显微技术的不断发展, 高分辨扫描透射电子显微术(STEM)已经成为目前最为流行和广泛应用的电子显微表征手段和测试方法。相比于传统的高分辨相位衬度成像技术,高分辨扫描透射电子显微镜可提供具有更高分辨率、对化学成分敏感以及可直接解释的图像,因而被广泛应用于从原子尺度研究材料的微观结构及成分。

    其中高角环形暗场像(HAADF-STEM,Z 衬度像)为非相干高分辨像,图像衬度不会随着样 品的厚度及物镜的聚焦的改变而发生明显的变化,像中亮点能反映真实的原子或原子对,且像点的强度与原子序数的平方成正比,因而可以获得原子分辨率的化学成分信息。

    近年来,随着球差校正技术的发展,扫描透射电镜的分辨率及探测敏感度进一步提高,分辨率达到亚埃尺度,使得单个原子的成像成为可能。

    此外,配备先进能谱仪及电子能量损失谱的电镜在获得原子分辨率Z衬度像的同时,还可以获得原子分辨率的元素分布图及单个原子列的电子能量损失谱。

    因而,我们可以在一次实验中同时获得原子分辨率的晶体结构、成分和电子结构信息,为解决许多材料科学中的疑难问题(如催化剂、陶瓷材料、复杂氧化物界面、晶界等)提供新的视野。

    目前商业化的场发射扫描透射电子显微镜,不仅可以得到高分辨的Z衬度像和原子分辨率的能量损失谱,而且其他各种普通透射电子显微术(如衍射成像、普通高分辨相位衬度像、选区电子衍射、会聚电子衍射、微区成分分析等)均可以在一次实验中完成,因而高分辨扫描透射电子显微术将在材料科学、化学、物理等学科中发挥更加重要的作用。

    7162b8da9eb8c1b7c15b351e39ce3796.gif 扫描透射电子显微术工作原理

    扫描透射成像不同于一般的平行电子束透射电子显微成像,它是利用会聚电子束在样品上扫描形成的。

    如图1所示,场发射电子枪发射的相干电子经过会聚镜、物镜前场及光阑,会聚成原子尺度的电子束斑。通过线圈控制电子束斑, 逐点在样品上进行光栅扫描。在扫描每一个点的同时,放在样品下方且具有一定内环孔径的环形探测器同步接收高角散射的电子,对应于每个扫描位置的环形探测器把接收到的信号转换为电流强度,显示于荧光屏或计算机屏幕上,因此样品上扫描的每一点与所产生的像点一一对应。连续扫描样品的一个区域,便形成扫描透射像(STEM)。

    5b3ff20eca6cc40284a71e54d469ce33.png

    STEM工作原理

    在入射电子束与样品发生相互作用时,会使电子产生弹性散射和非弹性散射,导致入射电子的方向和能量发生改变,因而在样品下方的不同位置将会接收到不同的信号。

    7922b44cb456ecfd6bd372cb2d55d27e.png

    STEM中探测器分布示意图

    如图2所示,在θ3范围内,接收到的信号主要是透射电子束和部分散射电子,利用轴向明场探测器可以获得环形明场像(ABF)。ABF像类似于TEM明场像,可以形成TEM明场像中各种衬度的像,如弱束像、相位衬度像、晶格像。θ3越小,形成的像与TEM明场像越接近;

    在θ2范围内,接收的信号主要为布拉格散射的电子,此时得到的图像为环形暗场像 (ADF) 。在同样成像条件下,ADF像相对于ABF像受像差影响小,衬度好,但ABF像分辨率更高;若环形探测器接收角度进一步加大,如在θ1范围内,接收到的信号主要是高角度非相干散射电子,此时得到的像为高角环形暗场像(HAADF,Z衬度像)

    Z 衬度像利用高角散射电子,为非相干像,是原子列投影的直接成像,其分辨率主要取决于电子束斑的尺寸,因而它比相干像具有更高的分辨率。Z衬度像随试样厚度和物镜聚焦不会有很大变化,不会出现衬度反转,所以像中的亮点总是对应原子列的位置。

    根据Pennycook等人的理论,在散射角θ1和θ2所包括的环形区域中,散射电子的散射截面σ可以用卢瑟夫散射强度θ1到θ2的积分来表示,经过积分后可以得到:

    4878553f80492cac5eef894f8eb4a5bd.png

    其中m为高速电子的质量,m0为电子的静止质 量,Z为原子序数,λ为电子的波长,a0为玻尔半 径,θ0为博恩特征散射角。因此,在厚度为t的试样中,单位原子数为N时的散射强度Is为

    Is= σNtI

    这里的I 为单个原子柱的散射强度。

    从以上两式可以看出,HAADF探测器得到的像点强度正比于原子序数的平方,因而也被称为Z衬度像,这使我们能够凭借像点的强度来区分不同元素的原子,由此得到原子分辨率的化学成分信息,像的解释简明直接,一般不需要复杂繁琐的计算机模拟,因而Z衬度像尤其适合于材料中缺陷及界面的研究。

    STEM中除了通过环形探测器接收散射电子的信号成像,还可以通过后置的电子能量损失谱仪检测非弹性散射电子信号,得到电子能量损失谱(EELS),分析样品的化学成分和电子结构。此外,还可以通过在镜筒中样品上方区域安置X射线能谱探测器进行微区元素分析(EDS)。因此在一次实验中可以同时对样品的化学成分、原子结构、电子结构进行分析。

    7162b8da9eb8c1b7c15b351e39ce3796.gif 扫描透射电子显微术成像

    1. 原子分辨率HAADF像

    获得高分辨Z衬度像的两个必要条件是原子尺度的高亮度电子束斑和环形探测器。

    电子束的束斑只有小于或等于0.2 nm时才能获得原子分辨率的图像,因此将电子束聚焦为小而亮的束斑对于提高扫描透射电镜的分辨率至关重要。由于透射电子显微镜的电磁透镜存在很大的像差,限制了可形成的最小束斑及其电流强度,从而直接影响像的分辨率和信噪比。

    利用球差校正技术,可以使得电镜获得更小的电子束斑及更高的束斑电流强度。配备球差校正器的电镜在200 kV电压下可获得至少0.1 nm的电子束斑,同时电子束电流密度提高10 倍以上,使得Z衬度像的分辨率和探测敏感度进一度提高,电镜的分辨率进入亚埃尺度,可以获得单个原子的成像。

    高分辨率Z衬度像可以从原子尺度来研究界面、纳米相和缺陷结构成分以及元素偏聚等复杂的材料结构。

    2011 年,FEI 公司推出了配有ChemiSTEM 技术的球差校正Titan G2 80-200 电镜,将超稳定的高亮度Schottky FEG 源与探针校正技术结合,实现了0.08 nm 的原子分辨成像。

    2014 年5 月,日本电子株式会社(JEOL)发布了其新一代球差校正电镜JEM-ARM300F,HRTEM的分辨率可以达到0.05nm,HAADF-STEM分辨率达到0.063nm,将商业化的透射电镜推向了一个新极限。

    近几年来,球差校正扫描透射电子显微镜已经在从原子尺度认识材料发挥了重要作用。 以镁合金材料为例,孪晶是镁合金塑性变形的重要方式,控制孪晶的形成及生长是使镁合金获得良好成形性的关键。

    fe871b950e804b17d8411366e93b81c0.png

    图3 孪晶界处溶质原子周期性排列。(a),(b)为Mg-1.9 at.%Zn 合金孪晶界处HAADF-STEM 图像;(c),(d)为Mg-1.0 at.%Gd-0.4 at.%Zn 合金孪晶界处HAADF-STEM图像;(e),(f)为(c),(d)中图像的示意图,其中的TB为孪晶界(DOI: 10.1126/science.1229369)

    如图3所示,在一篇Science的工作中,Jianfeng Nie等采用HAADF-STEM对经过室温压缩和回火后 Mg-Gd,Mg-Zn 合金的孪晶界进行原子尺度的表征,在{101ˉ1}、{101ˉ2}、{101ˉ3}孪晶界面处分别发现了Gd, Zn原子的周期性偏聚。

    由于HAADF-STEM中原子柱的亮度与原子序数成正比,因而Gd和Zn的原子柱可以在孪晶界上明显观察到。Gd和Zn在孪晶界面上的周期性偏聚可有效地降低孪晶的弹性应变能,并对孪晶的运动起到钉扎作用,从而产生一定的强化作用。这一发现可以为理解六方和面心立方金属的孪晶结构、成分开拓新的视野,并为有效调控合金的成分及热处理工艺奠定基础。

    2. 原子分辨率ABF像

    ABF探测器主要是收集透射电子束和部分散射电子成像,与HAADF像中衬度与Z2成正比不同,ABF像衬度与原子序数Z1/3成正比,因而其对化学元素的变化更加敏感,尤其是轻元素。 

    如Li原子由于散射电子强度非常低,在HAADF像中通常无法观测到,而在ABF像中则可以清楚地观察到。富锂锰氧化层(LLOs,Li1+xMnyTM1-x-yO2,TM=Ni,Co,Mn,Fe 或Cr)等是锂离子电池中最具吸引力的阴极材料,但是由于Li,O原子难以观测,这种材料的结构并未研究清楚。

    6d296749f6c9d95668ae1d7718e42ec2.png

    周豪慎教授等在Angew发表的一篇文章中,通过球差校正的高分辨ABF-STEM技术对LLOs 进行观测,从原子尺度上揭示了该材料的结构。

    b6f3c314b4812e7ab87d7b2fb7ed4543.png

    图4 为LLO材料中LiTMO2结构沿[100]方向的高分辨HAADF- STEM和ABF- STEM像, HAADF像中的亮点及ABF像中的暗点对应图中过渡族金属(TM)的位置,而在ABF像中,TM原子柱夹层中微弱的暗点对应的是Li和O原子柱的位置。

    7162b8da9eb8c1b7c15b351e39ce3796.gif 高分辨率X射线能谱和电子能量损失谱元素分析方法

    1. X射线能谱分析

    从纳米尺度理解材料的化学成分对于理解材料的微观结构至关重要,而X射线能谱分析 (EDS)是电子显微分析方法一种最基本、最重要的微区成分分析方法。

    EDS主要通过检测样品与电子束相互作用激发的特征X射线的能量进行元素分析,具有探测速度快、分析元素范围广、对样品损伤小,适合分析重元素等特点,但是由于X射线的采集效率较低(仅能收集样品表面大概1%的X射线),空间分辨率不高,仅局限于定性及半定量分析

    STEM-EDS 能谱分析原理类似于TEM和SEM的能谱分析,但是其空间分辨率更高,可以进行点、线、面扫描分析。近年来,随着球差校正技术的发展及探测器采集效率的提高,获得原子分辨率的EDS元素分布图成为可能。

    4720aba9f2e9118bf8fea5edbf5ed2c3.png

    图5 超级X射线能谱探测器

    FEI 公司推出的Titan G2 Chemi STEM球差校正电镜配备超稳定的高亮度肖特基 (Schottky)FEG 源和高灵敏度的超级X能谱探测器(Super-X EDS 探测系统),该探测器采用4对称的硅漂移探测器(SDDs)(见图5)及无窗口设计,极大地提高了探测敏感度和探测速度,使得探测时间从小时变为分钟,可以在几分钟之内获得原子分辨率的二维元素分布图。

    因此,该技术有潜力解决许多材料科学中的难题,如分析原子种类的极性,界面处的元素偏聚,测量浓度低达0.01%的微量元素,描述元素的三维组成等等。

    dde21f8a146a8b47dd403228b2231606.png

    图6 SrTiO3—PbTiO3界面处EDS元素原子分布图

    图6为SrTiO3—PbTiO3 界面沿<100>方向的 EDS元素分布图,这是双钙钛矿的一种典型结构,具有铁电性、超导性及半金属性。Sr 和Pb的原子柱可以清晰地在EDS元素分布图中显现,有效地揭示了SrTiO3—PbTiO3界面的化学成分及结构。

    通过EDS面扫描可得出,Ti 的亚晶格连续地穿越界面,而Sr和Pb的亚晶格在界面处中断,同时在EDS面扫描中会发现一些元素混杂的情况,这可能是由于入射电子的漫延性及散射电子的背底较强。

    此外,JEOL公司在其JEM-ARM200F 冷场球差电镜上配置了电制冷的100 mm的EDS探测器,也可以实现原子分辨的成分像。

    f569eb8192f5a637f7f39b2f4fb75a1b.png

    图7 GaAs半导体材料的EDS元素原子分布图(a)Ga 原子分布;(b)As 原子分布;(c)Ga 与As 原子分布

    图7 为GaAs 半导体材料EDS元素原子分布图,从图中可以清晰地识别单个Ga和As原子。

    2. 电子能量损失谱分析

    在入射电子束与样品发生相互作用时,除了会产生弹性散射外,还会产生非弹性散射,使电子损失一部分能量,通过对出射电子按损失的能量进行统计记数,便可以得到电子能量损失谱(EELS)。 

    因而可以在采用环形探测器收集弹性散射电子成像的同时,通过电子能量过滤系统得到电子能量损失谱。

    通常把EELS谱分为三个部分:

    一是零损失峰,它包括未经过散射和经过完全弹性散射的透射电子以及部分能量小于1 eV的准弹性散射透射电子的贡献;

    二是低能损失区,主要包括激发等离子震荡和激发晶体内电子的带间跃迁的透射电子;

    三是高能 损失区,其中电离损失峰主要来自激发原子内壳层电子的透射电子的贡献。

    由于非弹性散射电子大都集中分布在一个顶角很小的圆锥内,探头安装合适时,EELS的接收效率很高。

    EELS在成分分析方面与X射线能谱功能相似,特别是对轻元素较为敏感,而EDS对重元素较为敏感。

    此外,电子能量损失谱的能量分辨率(约1eV)远远高于X 射线能谱的能量分辨率(约130 eV),不仅能得到样品的化学成分、电子结构、化学成键等信息, 还可以对EELS各部分选择成像。

    EELS不仅可以明显提高电子显微像与衍射图的衬度和分辨率, 而且可以提供样品中的原子尺度元素分布图,这是其他电子显微学分析无法比拟的。在STEM 中得到高分辨Z衬度像的同时,可以精确地将电子束斑停在所选的原子列上,用较大的接收光阑,就可以得到单个原子列的能量损失谱。

    原子分辨率的Z衬度像与电子能量损失谱结合,可以在亚埃的空间分辨率和亚电子伏特能量分辨率下研究材料界面和缺陷及电子结构、价态、成键和成分等,为研究材料原子尺度成分与宏观性能的关系提供新的途径。

    虽然Z衬度高分辨成像可以获得原子序数衬度, 但是它并不能确定元素的种类,EDS和EELS则是探测元素种类的有效方法,其中EELS由于具有较高的探测敏感度和可以分析电子的态密度而受到极大关注。

    d6d31f43edc1ce74e0074004baf81605.png

    图8 为Al-Mg-Si-Cu-Ag合金中Q'相的HAADF-STEM高分辨像及Cu和Ag的EELS元素面分析。

    从EELS元素面分析中可以清晰地探测到Cu和Ag元素在Q'相内的分布规律。其中Cu原子主要分布在析出相与基体的界面处,并且产生无周期的结构;而Ag原子在析出相内的分布比较分散,主要分布在非共格界面处,且Ag 原子柱在析出相内部形成一定的特定结构,Ag 原子和Cu原子不会混合排列。探究Ag及Cu原子柱在第二相内的分布情况对于理解Ag,Cu 添加对析出相形核的促进作用有重要意义。

    深入原子尺度研究物质的结构一直是人类的终极追求之一,随着透射电子显微镜及其相关部件的发展,目前配备球差校正器、单色器和高能量分辨率过滤器的FEG STEM可以在亚 埃尺度下研究材料的原子和电子结构,从而从根本上理解材料宏观性能和微观组织的关系,这对于促进固体物理、固体化学、材料科学、生命科学等领域的发展具有重要意义。

    (来源:贾志宏, 丁立鹏, 陈厚文. 高分辨扫描透射电子显微镜原理及其应用)

    对于催化、电池以及各种纳米材料研究的学者来说,除了原子尺度的表征之外,原子分子尺度的计算模拟对于深入探究材料机理起到了越来越重的作用,DFT计算已经逐渐成为顶级刊物优质工作的标配。深圳华算科技有限公司采用第一性原理计算与分子动力学、蒙特卡罗等方法相结合,对电池、催化材料进行多尺度设计与模拟,专注为海内外催化、纳米及能源领域科研人员提供材料计算模拟整体技术解决方案。方向涉及材料结构、扩散、电导率、表面吸附能/吸附位、吸附分子构型优化、催化活性能、反应路径计算、OER、HER、ORR、自由能计算等。 

    客户群体:清华、北大、天大、北理、北航、西交、华工、同济、复旦以及中科院各大院所等数十个高校院所二百多个课题组。

    客户成果:Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、AM、AEM、AFM、JMCA、ACS Nano、NanoEnergy、ChemSusChem等国际优质期刊。

    扫描识别下方二维码,专业团队解决您的计算模拟需求。

    2601c0ccacc6937431fc8b300775b901.png

    8ab9ba5dd61b37f10d746b9c11621aab.gif
    展开全文
  • 原子结构知识点分析

    2020-11-30 11:30:57
    原子结构知识点分析 原子的电子结构与元素周期律 核外电子运动状态描述 历史发展 道尔顿原子学说 汤姆孙“西瓜式模型” 卢瑟福核式结构模型 波尔电子分层排布模型 量子力学模型 氢原子的薛定谔方程 波函数ψ...

    本知识点梳理针对非化学专业同学学习《化学概论》《无机化学》等化学相关科目进行总结。本人能力有限,内容存在疏漏请务必指出
    原稿为思维导图导出


    原子结构知识点分析

    原子的电子结构与元素周期律

    核外电子运动状态描述

    • 历史发展

      • 道尔顿原子学说
      • 汤姆孙“西瓜式模型”
      • 卢瑟福核式结构模型
      • 波尔电子分层排布模型
      • 量子力学模型
    • 氢原子的薛定谔方程

      • 波函数ψ是关于位置的函数,与时间无关

        • 波函数描述粒子的运动状态
        • ψ的值代表在空间中某点发现电子的概率
      • 薛定谔方程

        • 二阶偏微分方程
        • 求解后可得到波函数ψ
        • 用波函数在不同点的值来描述电子在此点出现的概率
      • 波恩的想法

        • ψ*ψ

          • t时刻在空间q点发现粒子的概率密度
        • ψψ

          • t时刻在空间q点附近微体积元dτ内发现粒子的概率
        • 对于归一化波函数ψ

          • ∫ψ*ψdτ=1

            • 在整个空间中粒子出现的概率之和为1
      • 坐标变换

        • 将直角坐标变为球坐标可方便薛定谔方程求解
        • ψ(r,θ,φ)=R(r)*Y(θ,φ)
    • 波函数与原子轨道

      • ψnlm(多个波函数)

        • 原子的单电子波函数,又称原子轨道波函数,简称原子轨道
        • n,m,l为量子数,描述波函数的边界条件
      • ψ1,0,0=ψ1s,即1s轨道

      • ψ2,0,0=ψ2s,即2轨道

      • ψ2,1,0=ψ2pz,2pz轨道

      • ψ3,2,0=ψ3dz,3dz轨道

    • 氢原子的基态s电子云

      • 对于某个波函数对应的状态,其能量一定,可通过求解薛定谔方程解出

      • 随距原子距离增大,电子出现的概率越小

        • 玻尔半径a0=52.9pm
      • s轨道呈球形对称

    • 主量子数

      • 用n表示

        • n为正整数1,2,3…,对应K,L,M,…电子层
      • 对于氢原子而言,电子能量唯一取决于n

      • n越大,电子离核平均距离越远,能量越高

      • E=-2.179*10-18/n2

    • 角量子数

      • 用l表示

        • l为非负整数0,1,2,…,n-1,对应s,p,d,…电子亚层

          • l受n限制,l<n
      • 决定了电子运动的方向

        • 限制了电子云的外形
      • n=1,l=0;1s亚层

      • n=2,l=0,1;2s,2p亚层

      • 以此类推

    • 磁量子数

      • 用m表示

        • m为整数,m=0,±1,±2,…±l
      • m决定原子轨道在核外的空间取向

      • l=0,m=0,s轨道为球形,只有1个取向

      • l=1,m=0,±1,代表px,py,pz三个轨道(哑铃型p轨道的三个取向)

    • 自旋量子数

      • 用ms表示

        • 对于电子来说ms=1/2或-1/2
      • 描述电子的自旋运动

    • 原子轨道由n、l、m三个量子数决定

      • 一个电子的运动状态用n、l、m、ms四个量子数决定

        • n决定电子云大小
        • l决定电子云形状
        • m决定电子云伸展方向
    • 概率密度与电子云

      • ψ^2表示原子核外电子出现的概率密度

      • 电子云是电子出现概率密度的形象化描述

      • 描述电子空间出现概率的方式:等密度面图、界面图、电子云图

      • 概率=概率密度*体积=ψ^2dτ

        • dτ=4pi*r^2dr
      • 令D(r)=4pi*r2*ψ2

      • 1s态的ψ最大值出现在近核处,1s态的D®最大值出现在52.9pm处

      • 各个不同轨道有各自的波函数径向分布特点

      • 各轨道形状

        • s

          • 球形
        • p

          • 哑铃型

            • x、y、z三种取向
        • d

          • 花瓣形

            • 五种取向
        • f

          • 形状复杂

    多电子原子的电子结构

    • 多电子原子轨道能级

      • 能级分裂

        • l相同的能级的能量随n的增大而升高
      • 能级交错

        • n相同的能级的能量随l的增大而升高

        • 钻穿效应

          • 外层电子进入原子内部空间,受到核的较强的吸引作用

            • 总的来说离核越近的轨道上电子钻穿效应越明显
            • n相同时,l越小的电子钻穿效应越明显
          • 使能级降低

      • 屏蔽效应

        • 由核外电子云抵消一些核电荷的作用

        • 由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷对该电子的吸引力,引起有效核电荷的降低,削弱了核电荷对该电子的吸引

          • 氢原子核外只有一个电子,不存在屏蔽效应
    • 核外电子的排布

      • 多电子原子核外电子排布规则

        • 能量最低原理

          • 一个轨道半满、全满、全空时往往能量最低
        • pauli不相容原理(泡利不相容原理)

        • hund规则(洪特规则)

    元素周期表

    • 元素的周期

      • 7个周期对应7个能级组

        • 第一周期-特短周期-1s
        • 第二、三周期-短周期-2s2p、3s3p
        • 第四、五周期-长周期-4s3d4p、5s4d5p
        • 第六、七周期-特长周期-6s4f5d6p、7s5f6d7p
    • 元素的族

        • 主族元素族序数=价电子总数
        • 前5个副族元素族序数=价电子总数
        • 稀有气体(He除外)通常称为0族
        • 第8、9、10列元素为VIII族
    • 元素的分区

      • s区

        • 第IA、IIA族,镧系、锕系除外
      • p区

        • 第IIIA、IVA、VA、VIA、VIIA、零族
      • d区

        • 第IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII族
      • ds区

        • 第IB、IIB族
      • f区

        • 镧系、锕系

    元素性质的周期性

    • 原子半径r

      • 金属半径

        • 金属键结合原子,两原子中心间距/2
      • 共价半径

        • 共价键结合原子,两原子核间距/2
      • 范德华半径

        • 以范德华力结合原子,两原子核间距/2

          • 可用于稀有气体
      • 变化规律

        • 主族元素

          • 从左到右r减小
          • 从上到下r增大
        • 过渡元素

          • 从左到右r缓慢减小
          • 从上到下r略有增大
        • 同一周期中原子半径r变化 受两因素制约

          • 核电荷数增加,引力增强,r变小

          • 核外电子数增加,斥力增强,r变大

            • 但增加的电子不足以抵消核电荷数增加带来的引力增强

              • 从左到右,有效核电荷Z*增加,r变小
        • 长周期中,电子填入(n-1)d层,屏蔽作用大,Z*增加不多,r减小缓慢;对镧系和锕系元素,电子填入(n-2)f亚层,屏蔽作用更大

        • 子主题 5

    • 电离能

      • 基态气体原子失去电子成为一个带正电荷的气态正离子所需要的能量称为第一电离能

      • 用In表示(代表第n电离能)

        • 单位为kJ/mol
      • 表达式:E(g)->E+(g) + e- I1

      • 电离能随原子序数增加呈现出周期性变化

        • 同周期,从左向右电离能增大

          • 第一主族第一电离能最小,稀有气体第一电离能最大
        • 长周期前半部分电离能增加缓慢

        • 第二、五主族元素电离能比两边大

        • 同族元素,从左向右电离能变小

      • I1代表第一电离能

    • 电子亲合能

      • 元素气态原子在基态时获得一个电子成为一价气态负离子所放出的能量叫电子亲合能

      • 负价离子再获得电子时要克服电荷间排斥力,因此必定吸收能量

      • 用An表示(代表第n电子亲合能)

        • 单位为kJ/mol
      • 电子亲合能往往比电离能小很多

        • 周期性变化规律不如电离能明显

          • 比较难以用实验测得,准确度差
      • 电子亲合能随原子序数增加呈现出周期性变化

        • 同一周期,从左到右,电子亲合能的负值增加

        • 卤素的电子亲合能呈现最大值

          • 卤素容易得电子
        • A氟<A氯

          • 原因:氟的原子半径小,电子在其周围的斥力大

            • 第二周期元素由于原子半径小都有这种情况
        • 第二主族的电子亲合能为正值,稀有气体的电子亲合能为最大正值

        • A(N)为正值

        • 总体来说元素原子越容易得电子(非金属性越强),电子亲合能越小(越为负值)

      • A1代表第一电子亲合能

    • 电负性

      • 原子在分子中吸引电子的能力成为元素的电负性

      • 用χ表示

        • 电负性有多种标度

          • pauling标度(最初给出的标度)

            • 定H的电负性为2.18
            • 定F的电负性为3.98
          • mulliken标度

        • 可以通过实验测量

        • 人为给出标度

      • 电负性的大小变化规律

        • 同一周期,从左到右,χ增大
        • 同一主族,从上到下,χ变小
    • 离子半径

      • 离子半径变化存在周期性

        • 离子半径大小与其所处的配位环境有关
      • 同主族离子,随周期数增加,具有相同电荷数的离子半径逐渐增大

      • 同一周期的主族元素,从左到右随离子电荷数的增加,半径逐渐变小

      • 对于同一元素的不同价态离子,高价态的离子半径较小

      • 一般阳离子半径较小,阴离子半径较大

        • 核电荷数越多,核外电子数越少,离子半径越小

          • 原因:原子对核外电子的吸引力大小决定了原子的半径,对离子同理
    • 离子极化

      • 离子在外电场下发生变形的情况叫离子极化

      • 极化率α

        • 描述离子本身变形性的物理量

          • 离子在电场下变形的大小由极化率决定
        • 离子极化率变化的一般规律

          • 离子半径越大,α越大

          • 负离子极化率大于正离子的极化率

          • 正离子电荷越少,α越大

          • 负离子电荷越多,α越大

          • 离子电子层构型对极化率有影响

            • 对阳离子

              • 18+2电子、18电子>9-17电子>8电子
            • 主族元素离子变形性差

              • 副族元素的变形性更大
            • 电子层构型越稳定,α越小

      • 极化力f

        • 描述一个离子对其他离子变形的影响能力

          • 换句话说是描述离子本身的电场强度
        • 离子极化力变化的一般规律

          • 离子半径越小,f越大

            • 氢原子因为半径很小,所以其极化力很强
          • 离子电荷越多,f越大

          • 离子电子层构型对极化力有影响

            • 对阳离子

              • 18+2电子、18电子>9-17电子>8电子
      • 当正负离子混合时,优先考虑正离子的极化力和负离子的极化率

        • 但对18电子构型的正离子(如Ag+、Cd2+等)也要考虑其变形性
        • 正离子失去电子,吸引力强,一般难变形
        • 负离子得到电子,排斥力强,一般容易变形
      • 离子极化的结果

        • 键型过度

          • 离子键向共价键过渡

            • 核间距缩短
            • 存在电子轨道重叠
        • 晶型改变

          • 如AgI理论晶型为NaCl但实际晶型为ZnS
        • 性质改变

          • 如溶解度AgCl>AgBr>AgI
    展开全文
  • STM32-内部结构

    千次阅读 2017-01-19 16:06:40
    为了进一步明确STM32103系列MCU的内部资源。我们可以从两份资料着手学习。一份是《STM32中文资料》,一份是 《STM32F103中文资料》,您的英文水平如果还可以,那么您就使用原版的英文资料。但是因为中文资料是厂家...
  • 原子变量的底层使用了处理器提供的原子指令,但是不同的CPU架构可能提供的原子指令不一样,也有可能需要某种形式的内部锁,所以该方法不能绝对保证线程不被阻塞。因为变量的类型有很多种,所以在Atomic包里一共提供了...
  • 我们构造规范的变换,以根据氢原子的Wigner耦合希尔伯特空间,获得纯SU(2)2 + 1晶格规范理论的物理希尔伯特空间Hp的完整且最经济的实现。 每个氢原子分配一个氢原子。 通过氢原子能量本征态的所有可能的角动量...
  • Java 原子类笔记

    2021-03-22 13:46:59
    Java的原子类JUC并发包中提供了一系列原子性操作类,这些类都是使用非阻塞算法 CAS 实现的,比使用锁性能有提升。具体实现大致相同。原子更新基本类型AtomicBoolean、AtomicInteger、AtomicLong关键实现代码public ...
  • 一、原子操作 原子(atomic )本意是“不能被进一步分割的最小粒子”,而原子操作(atomic operation)意为”不可被中断的一个或一系列操作” 。 在java中可以通过锁和循环CAS(Compare and Swap即比较和交换)的...
  • 数据库表设计-原子

    2021-02-03 08:30:34
    所以,为了简化SQL,表的关系(内部和外部)要尽量设计的合理。下面有几个可以参照的步骤:1)找出那个表要描述的东西;2)列出你想通过这个表得到的相关信息的列表;3)通过上面的信息列表,将信息划分成一块块小的部分....
  • 太阳高分辨率速度场观测系统可用于探测日震的活动信息,对太阳内部结构的研究具有重要意义。探讨了双峰钾原子滤光器在太阳光球层速度场观测中的应用方法,即利用法拉第反常色散原子滤光器(FADOF)的高光谱分辨率和...
  • Atomic一词跟原子有点关系,后者曾被人认为是最小物质的单位。计算机中的Atomic是指不能分割成若干部分的意思。如果一段代码被认为是Atomic,则表示这段代码在执行过程中,是不能被中断的。通常来说,原子指令由硬件...
  • 原子变量(1) 内部的CAS(2) Unsafe类(3) CAS的缺点(4) 乐观锁3. 原子引用(1) AtomicReference和AtomicInteger的差异(2) 解决ABA问题自旋锁+版本(时间戳)比对源码分析使用示例4. 自旋锁自己实现一个自旋锁 1. 原子性 ...
  • 前言原子操作这是Java多线程编程的老生常谈了。所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作;这种操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会有任何 context switch (切换到另一个线程)。当然JS是单线程的,所以不...
  • 原子核的直观结构

    千次阅读 2010-01-07 23:28:00
    [摘要]从根本上解决核力问题,进而得到一个自然界的普遍规律,即原子核是由质子与中子较均匀地相间排列,然后首尾相连而构成的核子环,围绕其自身的轴线高速转动而形成的壳层结构的带电液滴球核。核子环的成环张力是由核...
  • 正点原子:STM32F103(战舰)、STM32F407(探索者)、STM32F103(MINI)原理和PCB
  • 1、原子性概念 原子性是指**一个操作是不可中断的,要么全部执行成功,要么全部执行失败,有着“同生共死”的感觉。**即使在多个线程一起执行的时候,一个操作一旦开始,就不会被其它的线程干扰。 例如语句(a++)实际...
  • 由于Java中变量会有多种类型,所以Atomic包中提供了13个类,属于4种类型的原子更新方式,分别是原子更新基本类型、原子更新数组、原子更新引用和原子更新属性(字段)。其实实现原理都是对Unsafe类中一些方法的包装...
  • Java16个原子类介绍-基于JDK8

    万次阅读 2019-03-15 17:17:59
    emmmm,在写文章前我也翻阅了好多资料和书籍,其实大家在对原子类方法的使用介绍基本都没问题,但是对于java中原子类的个数是五花八门,下面我就把自己都认知和书籍资料结合起来给大家简单都介绍下java中原子类的...
  • STM32关于内部架构

    千次阅读 2018-03-26 11:39:50
    转自https://www.cnblogs.com/yihuihong/p/4965997.html1.芯片结构组成图: 2.STM32内部结构: 3.Cortex-M3模块结构图: 4.STM3210X内部结构:桥:四个主动单元 : M3内核的ICode总线(I-bus)、DCode总线(D-bus)、...
  • 在Java中可以通过锁和循环CAS的方式来实现原子操作。 使用循环CAS实现原子操作 JVM中的CAS操作正是利用了处理器提供的CMPXCHG指令实现的。自旋CAS实现的基本思路就是循环进行CAS操作直到成功为止。 CAS实现原子操作...
  • java原子

    2020-01-04 20:03:54
    什么是原子原子是最小粒度的,操作不可分割的。原子类作用 对多线程访问同一个变量,...到JDk1.8,该包下共有17个类, 囊括了原子更新基本类型、原子更新数组、原子更新属性、原子更新引用jdk1.8新增原子类 Do...
  • Java线程安全中的原子性操作

    千次阅读 2020-04-02 23:13:46
    原子操作可以是一个步骤,也可以是多个操作步骤,但是其顺序不可以被打乱,也不可以被切割,而只执行其中的一部分(不可中断性)。将整个操作视作一个整体,资源在该次操作中保持一致,这是原子性的核心特征。 说到...
  • 原子操作CAS什么是原子操作?如何实现原子操作?加锁CASCAS实现原子操作的三大问题JDK中相关原子操作类(java.util.concurrent.atomic)的使用...
  • 使用原子变量

    2018-11-29 07:37:33
    原子变量在Java版本5中引入,用于对单个变量进行原子操作。当使用普通变量时,Java实现的每个操作均被转换为Java字节代码指令,当编译程序时JVM能够理解这些指令。例如,当给变量分配值时,Java中只使用一个指令,...
  • 原子核具有其内部的质子-中子转换,电子和中微子发射,是原子和宇宙尺度上宇宙的最终动力。 中微子的通量控制着地球... 虽然规则看起来很合理,但是出来的图像只是对现有原子内部结构进行射线照相的第一个粗略尝试。
  • 原子更新基本类型只能更新单个变量,而原子更新引用类型可以原子更新多个变量。Atomic包提供了以下3个类。 AtomicReference:原子更新引用类型。 AtomicReferenceFieldUpdater:原子更新引用类型里的字段。 ...
  • X射线荧光全息术是一种新型的显微成像技术,它能在原子水平上直接观察到晶体内部的三维结构。然而它所得到的原子像存在明显的孪生像现象。因此,采用多重能量的全息记录来消除孪生像。分别以单个和多个铁原子为模型...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 101,970
精华内容 40,788
关键字:

原子内部结构图