晶体结构

1.1 原子结构

一 物质的组成

一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。

分子是能单独存在，且保持物质化学特性的一种微粒。分子的体积很小，如H20分子的直径约为0.2nm；而分子的质量则有大有小：H2分子是分子世界中最小的，它的相对分子质量只有2，而天然的高分子化合物——蛋白质的分子就很大，其相对分子质量可高达几百万。

进一步分析表明，分子又是由一些更小的微粒——原子所组成的。在化学变化中，分子可以再分成原子，而原子却不能再分，故原子是化学变化中的最小微粒。但我们从量子力学中得知，原子并不是物质的最小微粒。它具有复杂结构。原子结构直接影响原子间的结合方式。

二 原子的结构

近代科学实验证明：原子是由质子和中子组成的原子核，以及核外的电子所构成的。原子核内的中子呈电中性，质子带有正电荷。一个质子的正电荷正好与一个电子的负电荷量

-19相等，等于—e(1.6022x10 C)。通过静电吸引，带负电荷的电子被牢牢地束缚在原子核周

围。因为在中性原子中，电子和质子数目相等，所以原子作为一个整体，呈电中性。

10-15原子的体积很小，直径约为10-m数量级，而其原子核直径更小，仅为10m数量级。

-24然而，原子的质量恰主要集中在原子核内。因为每个质子和中子的质量大致为1.67X10g，

-28而电子的质量约为9.11X10g，仅为质子的1/1836。

经典的原子模型认为，对原子序数为Z的原子，是由带正电荷+Ze的原子核和Z个绕核旋转的电子组成。为了解释原子的稳定性和原子光谱(尖锐的线状光谱)，玻尔对此经典模型作了两点重要的修正（电子不能在任意半径的轨道上运动；角动量的量子化）。

三 原子的电子结构

电子在原子核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，故形象地称它为电子云。电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量高低，用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。能量低的，通常在离核近的区域(壳层)运动；能量高的，通常在离核远的区域运动。

1 描述原子中一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示：



图1 镁(原子序数12)原子结构中K,L和M量子壳层的电子分布状况。从内到外，依次为K壳层(n=1),L壳层(n=2),M壳层(n=3)。

（1） 主量子数n

决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即电子所处的量子壳层。电子总能量的负值和