基础电子学 - 材料

物质由分子组成，分子由原子组成。根据玻尔理论，“原子由带正电的原子核和若干围绕原子核在不同轨道上运行的带负电的电子组成”。当电子从较低能级跃迁到较高能级时，则称其为激发。在激发过程中，如果电子完全脱离原子核，则称原子被电离。所以，将原子从正常状态提升到这种电离状态的过程称为电离。

下图显示了原子的结构。

根据玻尔模型，电子被认为是在特定轨道上运动，而根据量子力学，电子被认为存在于原子的自由空间中，称为轨道。量子力学理论被证明是正确的。因此，电子可能存在的三维边界被称为原子轨道。

量子数

每个电子运动的轨道在能量和形状上都不同。轨道的能级可以用一组离散的整数和半整数来表示，这些整数和半整数称为量子数。有四个量子数用于定义波函数。

描述电子的第一个量子数是主量子数。其符号为n。它指定数字的大小或序数（能级）。随着n值的增加，电子到原子核的平均距离也增加，电子的能量也增加。主能级可以理解为壳层。

这个量子数的符号为l。这个l表示轨道的形状。它的范围是从0到n-1。

l = 0, 1, 2 …n-1

对于第一壳层，n = 1。

即，对于n-1，l = 0是l的唯一可能值，因为n = 1。

因此，当l = 0时，它被称为s轨道。s轨道的形状是球形的。下图表示s轨道的形状。

如果n = 2，则l = 0, 1，因为这是n = 2的两个可能值。

我们知道，对于l = 0，它是s轨道，但是如果l = 1，它是p轨道。

电子更有可能被发现的p轨道的形状是哑铃形。如下图所示。

这个量子数用m_l表示，它表示轨道围绕原子核的方向。m_l的值取决于l。

$$m_{l}= \int (-l\:\:to\:+l)$$

对于l = 0，m_l = 0，这表示s轨道。

对于l = 1，m_l = -1, 0, +1，这是三个可能的值，这表示p轨道。

因此，我们有三个p轨道，如下图所示。

这用m_s表示，这里的电子在其轴上自旋。电子的自旋运动可以是顺时针或逆时针，如下所示。

这个自旋量子数的可能值如下：

$$m_{s}= +\frac{1}{2}\:\:向上$$

对于称为自旋向上的运动，结果是正的二分之一。

$$m_{s}= -\frac{1}{2}\:\:向下$$

对于称为自旋向下的运动，结果是负的二分之一。

这就是四个量子数。

根据泡利不相容原理，原子中没有两个电子可以具有相同的一组四个相同的量子数。这意味着，如果任意两个电子具有相同的n、s、ml值（正如我们上面讨论的那样），那么它们的l值肯定不同。因此，没有两个电子将具有相同的能量。

如果n = 1是一个壳层，那么l = 0就是一个亚壳层。

同样，n = 2是一个壳层，l = 0, 1是一个亚壳层。

对应于n = 1, 2, 3……的电子壳层分别用K、L、M、N表示。对应于l = 0, 1, 2, 3等的亚壳层或轨道分别用s、p、d、f等表示。

让我们看一下碳、硅和锗（IV-A族）的电子构型。

可以观察到，每种情况下最外层的p亚壳层只包含两个电子。但电子的可能数量是六个。因此，最外层壳层中各有四个价电子。因此，原子中的每个电子都具有特定的能量。任何类型的物质中分子内部的原子排列几乎都是这样的。但是原子之间的间距因材料而异。

打印页面