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原子

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原子(atom)指化学反应的基本微粒,原子在化学反应中不可分割。原子直径的数量级大约是10^-10m。原子质量极小,且99.9%集中在原子核。原子核外分布着电子,电子跃迁产生光谱,电子决定了一个元素的化学性质,并且对原子的磁性有着很大的影响。所有质子数相同的原子组成元素,每种元素大多有一种不稳定的同位素,可以进行放射性衰变。原子最早是哲学上具有本体论意义的抽象概念,随着人类认识的进步,原子逐渐从抽象的概念逐渐成为科学的理论。原子核以及电子属于微观粒子,构成原子。

1发展历史早期历史

关于物质是由离散单元组成且能够被任意分割的概念流传了上千年,但这些想法只是基于抽象的、哲学的推理,而非实验和实验观察。随着时间的推移以及文化及学派的转变,哲学上原子的性质也有着很大的改变,而这种改变往往还带有一些精神因素。尽管如此,对于原子的基本概念在数千年后仍然被化学家们采用,因为它能够很简明地阐述一些化学界的现象。。

原子论是元素派学说中最简明、最具科学性的一种理论形态。英国自然科学史家丹皮尔认为,原子论在科学上“要比它以前或以后的任何学说都更接近于现代观点”。原子论的创始人是古希腊人留基伯(公元前500—约公元前440年),他是德谟克利特的老师。古代学者在论及原子论时,通常是把他们俩人的学说混在一起的。留基伯的学说由他的学生德谟克利特发展和完善,因此德谟克利特被公认为原子论的主要代表。

德谟克利特认为,万物的本原或根本元素是“原子”和“虚空”。“原子”在希腊文中是“不可分”的意思。德谟克利特用这一概念来指称构成具体事物的最基本的物质微粒。原子的根本特性是“充满和坚实”,即原子内部没有空隙,是坚固的、不可入的,因而是不可分的。德谟克利特认为,原子是永恒的、不生不灭的;原子在数量上是无限的;原子处在不断的运动状态中,它的惟一的运动形式是“振动”;原子的体积微小,是眼睛看不见的,即不能为感官所知觉,只能通过理性才能认识。

经过二十几个世纪的探索,科学家在17世纪~18世纪通过实验,证实了原子的真实存在。19世纪初英国化学家J.道尔顿在进一步总结前人经验的基础上,提出了具有近代意义的原子学说。这种原子学说的提出开创了化学的新时代,他解释了很多物理、化学现象。

原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。当质子数与电子数相同时,这个原子就是电中性的;否则,就是带有正电荷或者负电荷的离子。根据质子和中子数量的不同,原子的类型也不同:质子数决定了该原子属于哪一种元素,而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素。原子是化学变化的最小粒子,分子是由原子组

成的,许多物质是由原子直接构成的

原子的英文名是从希腊语转化而来,原意为不可切分的。很早以前,希腊和印度的哲学家就提出了原子的不可切分的概念。17和18世纪时,化学家发现了物理学的根据:对于某些物质,不能通过化学手段将其继续的分解。19世纪晚期和20世纪早期,物理学家发现了亚原子粒子以及原子的内部结构,由此证明原子并不是不能进一步切分。量子力学原理能够为原子提供很好的模型。[2][3]

与日常体验相比,原子是一个极小的物体,其质量也很微小,以至于只能通过一些特殊的仪器才能观测到单个的原子,例如扫描隧道显微镜。原子的99.9%的质量集中在原子核,[4]其中的质子和中子有着相近的质量。每一种元素至少有一种不稳定的同位素,可以进行放射性衰变。这直接导致核转化,即原子核中的中子数或质子数发生变化。[5]电子占据一组稳定的能级,或者称为轨道。当它们吸收和放出光子的时候,电子也可以在不同能级之间跳跃,此时吸收或放出光子的能量与能级之间的能量差相等。电子决定了一个元素的化学属性,并且对原子的磁性有着很大的影响。

近代史

1661年,自然哲学家罗伯特·波义耳出版了《怀疑的化学家》(The Sceptical Chemist)一书,他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的,而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。恩格斯认为,波义耳是最早把化学确立为科学的化学家[2]。

1789年,法国贵族,拉瓦锡定义了原子一词,从此,原子就用来表示化学变化中的最小的单位。

1803年,英语教师及自然哲学家约翰·道尔顿(John Dalton)用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈整数倍反应,即倍比定律(law of multiple proportions);也解释了为什么某些气体比另外一些更容易溶于水。他提出每一种元素只包含唯一一种原子,而这些原子相互结合起来就形成了化合物。

1827年,英国植物学家罗伯特·布朗(Botanist Robert Brown)在使用显微镜观察水面上灰尘的时候,发现它们进行着不规则运动,进一步证明了微粒学说。后来,这一现象被称为为布朗运动。

1877年,德绍尔克思(J. Desaulx)提布朗运动是由于水分子的热运动而导致的。

1897年,在关于阴极射线的工作中,物理学家约瑟夫·汤姆生(J.J.Thomsom)发现了电子以及它的亚原子特性,粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想。汤姆生认为电子是

平均的分布在整个原子上的,就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中,它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。这也叫做葡萄干蛋糕模型(枣核模型)。

1909年,在物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)的指导下,菲利普·伦纳德(P.E.A.Lenard)用氦离子轰击金箔。发现有很小一部分离子的偏转角度远远大于使用汤姆生假设所预测值。卢瑟福根据这个金铂实验的结果指出:原子中大部分质量和正电荷都集中在位于原子中心的原子核当中,电子则像行星围绕太阳一样围绕着原子核。带正电的氦离子在穿越原子核附近时,就会被大角度的反射。这就是原子核的核式结构。

1913年,在进行有关对放射性衰变产物的实验中,放射化学家弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)发现对于元素周期表中的每个位置,往往存在不只一种质量数的原子。玛格丽特·陶德创造了同位素一词,来表示同一种元素中不同种类的原子。在进行关于离子气体的研究过程中,汤姆生发明了一种新技术,可以用来分离不同的同位素,最终导致了稳定同位素的发现[3];同年,物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)重新省视了卢瑟福的模型,并将其与普朗克及爱因斯坦的量子化思想联系起来,他认为电子应该位于原子内确定的轨道之中,并且能够在不同轨道之间跃迁,而不是像先前认为那样可以自由的向内或向外移动。电子在这些固定轨道间跃迁时,必须吸收或者释放特定的能量。这种电子跃迁的理论能够很好的解释氢原子光谱中存在的固定位置的线条[4],并将普朗克常数与氢原子光谱的里德伯常量取得了联系。

1916年,德国化学家柯塞尔(Kossel)在考察大量事实后得出结论:任何元素的原子都要使最外层满足8电子稳定结构[5]。

1919年,物理学家卢瑟福在α粒子(氦原子核)轰击氮原子的实验中发现质子[6]。弗朗西斯·威廉·阿斯顿(Francis William Aston)使用质谱证实了同位素有着不同的质量,并且同位素间的质量差都为一个整数,这被称为整数规则。

1923年,美国化学家吉尔伯特·牛顿·路易斯(G.N.Lewis)发展了柯赛尔的理论,提出共价键的电子对理论[5]。路易斯假设:在分子中来自于一个原子的一个电子与另一个原子的一个电子以“电子对”的形式形成原子间的化学键。这在当时是一个有悖于正统理论的假设,因为库仑定律表明,两个电子间是相互排斥的,但路易斯这种设想很快就为化学界所接受,并导致原子间电子自旋相反假设的提出[7]。

1926年,薛定谔(Erwin Schrödinger)使用路易斯·德布罗意(Louis de Broglie)于1924年提出的波粒二象性的假说,建立了一个原子的数学模型,用来将电子描述为一个三维波形。但是在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值。

1926年,沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)提出了著名的测不准原理。这个概念描

述的是,对于测量的某个位置,只能得到一个不确定的动量范围,反之亦然。尽管这个模型很难想像,但它能够解释一些以前观测到却不能解释的原子的性质,例如比氢更大的原子的谱线。因此,人们不再使用玻尔的原子模型,而是将原子轨道视为电子高概率出现的区域(电子云)[8]。

1930年,科学家发现,α射线轰击铍-9时,会产生一种电中性,拥有极强穿透力的射线,最初,这被认为是γ射线;1932年,约里奥·居里夫妇发现,这种射线能从石蜡中打出质子;同年,卢瑟福的学生詹姆斯·查得威克(James Chadwick)认定这就是中子[6],而同位素则被重新定义为有着相同质子数与不同中子数的元素。

1950年,随着粒子加速器及粒子探测器的发展,科学家们可以研究高能粒子间的碰撞。他们发现中子和质子是强子的一种,由更小的夸克微粒构成。核物理的标准模型也随之发展,能够成功的在亚原子水平解释整个原子核以及亚原子粒子之间的相互作用。

1985年,朱棣文及其同事在贝尔实验室开发了一种新技术,能够使用激光来冷却原子。威廉·丹尼尔·菲利普斯团队设法将纳原子置于一个磁阱中。这两个技术加上由克洛德·科昂-唐努德日团队基于多普勒效应开发的一种方法,可以将少量的原子冷却至微开尔文的温度范围,这样就可以对原子进行很高精度的研究,为玻色-爱因斯坦凝聚的发现奠定了基础[9]。

历史上,因为单个原子过于微小,被认为不能够进行科学研究。2012年,科学家已经成功使用一单个金属原子与一个有机配体连接形成一个单电子晶体管。在一些实验中,通过激光冷却的方法将原子减速并捕获,这些实验能够带来对于物质更好的理解。

发展史

道尔顿的原子模型

英国自然科学家约翰·道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学理论,提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下四点[5]:

①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子组成

②同种元素的原子的各种性质和质量都相同,不同元素的原子,主要表现为质量的不同

③原子是微小的、不可再分的实心球体

④原子是参加化学变化的最小单位,在化学反应中,原子仅仅是重新排列,而不会被创造或者消失。

虽然,经过后人证实,这是一个失败的理论模型,但道尔顿第一次将原子从哲学带入化学研究中,明确了今后化学家们努力的方向,化学真正从古老的炼金术中摆脱出来,道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”。

葡萄干布丁模型(枣核模型)

葡萄干布丁模型(枣核模型)由汤姆生提出,是第一个存在着亚原子结构的原子模型。

汤姆生在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型(枣核模型),汤姆生认为[5]:

①正电荷像流体一样均匀分布在原子中,电子就像葡萄干一样散布在正电荷中,它们的负电荷与那些正电荷相互抵消

②在受到激发时,电子会离开原子,产生阴极射线。

汤姆生的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验(散射实验),否认了葡萄干布丁模型(枣核模型)的正确性。

土星模型

在汤姆生提出葡萄干布丁模型同年,日本科学家提出了土星模型,认为电子并不是均匀分布,而是集中分布在原子核外围的一个固定轨道上[10]。

行星模型

行星模型由卢瑟福在提出,以经典电磁学为理论基础,主要内容有[5]:

①原子的大部分体积是空的;

②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核;

③原子的全部正电荷在原子核内,且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。

随着科学的进步,氢原子线状光谱的事实表明行星模型是不正确的。

玻尔的原子模型

为了解释氢原子线状光谱这一事实,卢瑟福的学生玻尔接受了普朗克的量子论和爱因斯坦的光子概念在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。玻尔原子结构模型的基本观点是[11]:

①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道(orbit)上绕原子核运动,不辐射能量

②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量(E),且能量是量子化的,轨道能量值依n (1,2,3,。..)的增大而升高,n称为量子数。而不同的轨道则分别被命名为K(n=1)、L(n=2)、M(n=3)、N(n=4)、O(n=5)、P(n=6)、Q(n=7)。

③当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来,就形成了光谱。

玻尔的原子模型很好的解释了氢原子的线状光谱,但对于更加复杂的光谱现象却无能为力。

现代量子力学模型

物理学家德布罗意、薛定谔和海森堡等人,经过13年的艰苦论证,在现代量子力学模型在玻尔原子模型的基础上很好地解释了许多复杂的光谱现象,其核心是波动力学。在玻尔原子模型里,轨道只有一个量子数(主量子数),现代量子力学模型则引入了更多的量子数(quantum number)[5][11]。

①主量子数(principal quantum number),主量子数决定不同的电子亚层,命名为K、L、M、N、O、P、Q

②角量子数(angular quantum number),角量子数决定不同的能级,符号“l”共n个值(1,2,3,...n-1),符号用s、p、d、f、g,表示对多电子原子来说,电子的运动状态与l有关。

③磁量子数(magnetic quantum number)磁量子数决定不同能级的轨道,符号“m”(见下文“磁矩”)。仅在外加磁场时有用。“n”“l”“m”三个量确定一个原子的运动状态。

④自旋磁量子数(spin m.q.n.)处于同一轨道的电子有两种自旋,即“↑↓”自旋现象的实质还在探讨当中。

2基本构成

尽管原子的英文名称(atom)本意是不能被进一步分割的最小粒子,但是,随着科学的发展,原子被认为是由电子、质子、中子(氢原子由质子和电子构成)构成,它们被统称

为亚原子粒子。几乎所有原子都含有上述三种亚原子粒子,但氕(氢的同位素)没有中子,其离子(失去电子后)只是一个质子。

原子尽管很小,用化学方法不能再分,但用其他方法仍然可以再分,因为原子也有一定的构成。原子是由中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的(反物质相反),原子核是由质子和中子两种粒子构成的,电子在核外较大空间内做高速运动。

亚原子粒子具有量子化特征和波粒二象性,公式表述为:λ=h/p=h/mv,式中λ为波长,p为动量,h为普朗克常数(6.626×10^-34 J·S)[12]。

电子

在一个内部接近真空、两端封有金属电极的玻璃管通上高压直流电,阴极一端便会发出阴极射线。荧光屏可以显示这种射线的方向,如果外加一个匀强电场,阴极射线会偏向阳极;又若在玻璃管内装上转轮,射线可以使转轮转动。后经证实,阴极射线是一群带有负电荷的高速质点,即电子流。电子由此被发现[13]。

电子是最早发现的亚原子粒子,到目前为止,电子是所有粒子中最轻的,只有

kg,为氢原子的[1/1836.152701(37)],是密立根在1910年前后通过著名的“油滴实验”做出的。电子带有一个单位的负电荷,即4.8×10^-19静电单位或1.6×10^-19库伦,其体积因为过于微小,现有的技术已经无法测量。

现代物理学认为,电子属于轻子的一种是构成物质的基本单位之一(另一种为夸克[14])。

电子云

电子具有波粒二象性,不能像描述普通物体运动那样,肯定他在某一瞬间处于空间的某一点,而只能指出它在原子核外某处出现的可能性(即几率)的大小。电子在原子核各处出现的几率是不同的,有些地方出现的几率大,有些地方出现的几率很小,如果将电子在核外各处出现的几率用小黑点描绘出来(出现的几率越大,小黑点越密),那么便得到一种略具直观性的图像,这些图像中,原子核仿佛被带负电荷的电子云物所笼罩,故称电子云。

把核外电子出现几率相等的地方连接起来,作为电子云的界面,使界面内电子云出现的总几率很大(例如90%或95%),在界面外的几率很小,有这个界面所包括的空间范围,叫做原子轨道,这里的原子轨道与宏观的轨道具有不同的含义。

原子轨道是薛定谔方程的合理解,薛定谔方程为一个二阶偏微方程

(δ^2ψ/δx^2)+(δ^2ψ/δy^2)+(δ^2ψ/δz^2)=-(8π^2)/(h^2)·(E-V)ψ,

该方程的解ψ是x、y、z的函数,写成ψ(x,y,z)。为了更形象地描述波函数的意义,通常用球坐标来描述波函数,即ψ(r,θ,φ)=R(r)·Y(θ,φ),这里R(r)函数是与径向分布有关的函数,称为径向分布函数;Y(θ,φ)是与角度分布有关的,称为角度分布波函数[12]。

原子核

主条目:原子核

在α粒子散射实验中,人们发现,原子的质量集中于一个很小且带正电的物质中,这就是原子核。

原子核也称作核子,由原子中所有的质子和中子组成,原子核的半径约等于1.07×A^1/3 fm,其中A是核子的总数。原子半径的数量级大约是105fm,因此原子核的半径远远小于原子的半径。

组成

原子核由质子与中子组成(氢原子核只有一个质子),中子和质子都是费米子的一种,根据量子力学中的泡利不相容原理,不可能有完全相同的两个费米子同时拥有一样量子物理态。因此,原子核中的每一个质子都占用不同的能级,中子的情况也与此相同。不过泡利不相容原理并没有禁止一个质子和一个中子拥有相同的量子态。

质子(proton)质子由两个上夸克和一个下夸克组成,带一个单位正电荷,质量是电子质量的1836.152701(37)倍,为1.6726231(10)×10–27kg,然而部分质量可以转化为原子结合能。拥有相同质子数的原子是同一种元素,原子序数=质子数=核电荷数=核外电子数[11]。

中子(neutron)

中子是原子中质量最大的亚原子粒子,自由中子的质量是电子质量的1838.683662(40)倍,为1.6749286(10)×10^-27kg。中子和质子的尺寸相仿,均在2.5×10^-15m这一数量级,但它们的表面并没能精确定义。

中子由一个上夸克和两个下夸克组成,两种夸克的电荷相互抵销,所以中子不显电性,

但,认为“中子不带电”的观点是错误的。

而对于某种特定的元素,中子数是可以变化的,拥有不同中子数的同种元素被称为同位素。中子数决定了一个原子的稳定程度,一些元素的同位素能够自发进行放射性衰变。

核力(nuclear force)

原子核被一种强力束缚在线度为10^-15m的区域内。由于质子带正电,根据库仑定律,质子间的排斥作用本会使原子核爆裂,但,原子核中有一种力,把质子和中子紧紧束缚在一起,这种力就是核力。在一定距离内,核力远远大于静电力,克服了带正电的质子间的相互排斥。核力的作用范围被称作力程,作用范围在2.5fm左右,最多不超过3fm[6],即,不能从一个原子核延伸到另一个原子核,因此,核力属于短程力。

核素(nuclide)

具有相同质子数和中子数的原子核称为核素,而用x轴表示质子数;用y轴表示中子数所得到的图像就被称为核素图,由图可以发现,在x∈{0,1,2,3,…,20}时,核素图上的函数近似y=x,但随着质子数的增加,质子间的库仑斥力明显增强,原子核需要比往常更多的中子数维持原子核的未定,在x∈{21,22,23,…,112}时,函数近似为y=1.5x,中子数大于质子数[6]。

结合能(energy of the nucleus)

在原子核中,将核子从原子核中分离做功消耗的能量,被称为结合能。实验发现,任一原子核的质量总是小于其组成核子的质量和(这一差值被称为质量亏损),因此,结合能可以由爱因斯坦质能方程推算;结合能=(原子核内所有质子、中子的静止质量和-原子核静止质量)×光速^2

平均结合能(binding e.o.t.n)

一个原子核中每个核子结合能的平均值被称作平均结合能,计算公式为[12]:

每个核子的平均结合能=总结合能÷核子数

平均结合能越大,原子核越难被分解成单个的核子[6]。由右图可以看出:

①重核的平均结合能比中核小,因此,它们容易发生裂变并放出能量

②轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能小,因此,当轻核发生聚变时会放出能量

[6]。

原子的范德华半径是指在分子晶体中,分子间以范德华力结合,如稀有气体相邻两原子核间距的一半。

3重要参数

质量数

(mass number)由于质子与中子的质量相近且远大于电子,所以用原子的质子和中子数量的总和定义相对原子质量,称为质量数。

相对原子质量

原子的静止质量通常用统一原子质量单位(u)来表示,也被称作道尔顿(Da)。这个单位被定义为电中性的碳12质量的十二分之一,约为1.66×10-27kg。氢最轻的一个同位素氕是最轻的原子,重量约为1.007825u。一个原子的质量约是质量数与原子质量单位的乘积。最重的稳定原子是铅-208,质量为207.9766521u。

摩尔

(mole)就算是最重的原子,化学家也很难直接对其进行操作,所以它们通常使用另外一个单位摩尔。摩尔的定义是对于任意一种元素,一摩尔总是含有同样数量的原子,约为6.022×10^23个。因此,如果一个元素的原子质量为1u,一摩尔该原子的质量就为(1.66×10-27x6.022×10^23=9.99652x10-4≈10x10-4=0.001kg)0.001kg,也就是1克。例如,碳-12的原子质量是12u,一摩尔碳的质量则是0.012kg。

4基本概述

定义

化学变化中的最小微粒

性质

①原子的质量非常小[15]

②不停地作无规则运动

③原子间有间隔

④同种原子性质相同,不同种原子性质不相同

5物质构成

金属单质(铁、铜等)

少数非金属单质(例:金刚石、石墨)

原子和离子的区别与联系

原子

离子

阳离子阴离子

区别结

质子数等于核外电子

质子数大于核外电子

质子数小于核外电子数电

不显电性带正电带负电

元素符号(H)离子符号(H+)离子符号(Cl-)

联系

6原子半径

原子没有一个精确定义的最外层,通常所说的原子半径是根据相邻原子的平均核间距测定的。

共价半径

我们测得氯气分子中两个Cl原子的核间距为1.988Α,就把此核间距的一半,即0.994Α

定为氯原子的半径,此半径称为共价半径。共价半径为该元素单质键长的一半

金属半径

另外,我们也可以测得金属单质比如铜中相邻两个铜原子的核间距,其值的一半称为金

属半径[13]。

范德华半径

指在分子晶体中,分子间以范德华力结合,如稀有气体相邻两原子核间距的一半。

部分元素的原子半径表

下表为一些元素的原子半径(pm),数据取自《无机化学-第四版》(2000年[16])和

j.chem.phys(1967)。

元素氢氦锂铍硼碳氮氧氟氖半径371221521118877706664160元素钠镁铝硅磷硫氯氩钾钙半径18616014311711010499191227197元素钪钛钒铬锰铁钴镍铜锌半径161145132125124124125125128133元素镓锗砷硒溴氪铷锶钇锆半径122122121117114198248215181160元素铌钼锝钌铑钯银镉铟锡半径143136136133135138144149163141元素锑碲碘氙铯钡

半径141137133217265217

注:表中非金属元素为共价半径、金属元素为金属半径、稀有气体为范德华半径

注:许多元素的半径值在不同书籍中差异较大,其原因有

①原子半径的单位有(pm)和埃(Α)两种,Α=100pm

②原子半径的测定方法不同

③原子半径的种类不同

原子半径的周期规律

在元素周期表中,原子的半径变化的大体趋势是自上而下增加,而从左至右减少。因此,最小的原子是氢,半径为0.28Α;最大的原子是铯,半径为2.655Α。因为这样的尺寸远远小于可见光的波长(约400~700nm),所以不能够通过光学显微镜来观测它们。然而,使用扫描隧道显微镜,我们能够观察到单个原子。

7磁性

电子是一种带电体,正如所有带电体一样,电子旋转时会产生一个磁场,因此,不同的原子往往有不同的磁学特性。

分子轨道理论可以很好地解释分子的磁性问题,例如氧气的顺磁性[11]。

逆磁性

一些物质的原子中电子磁矩互相抵消,合磁矩为零。当受到外加磁场作用时,电子轨道运动会发生变化,而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。常见的逆磁性金属有Bi、Cu、Ag、Au。

顺磁性

顺磁性物质的主要特点是原子或分子中含有没有完全抵消的电子磁矩,因而具有原子或分子磁矩。但是原子磁矩之间并无强的相互作用(一般为交换作用),因此原子磁矩在热骚动的影响下处于无规(混乱)排列状态,原子磁矩互相抵消而无合磁矩。但是当受到外加磁场作用时,这些原来在热骚动下混乱排列的原子磁矩便同时受到磁场作用使其趋向磁场排列和热骚动作用使其趋向混乱排列,因此总的效果是在外加磁场方向有一定的磁矩分量。这样便使磁化率(磁化强度与磁场强度之比)成为正值,但数值也是很小,一般顺磁物质的磁化率约为十万分之一(10-5),并且随温度的降低而增大。

常见的顺磁性物质有:氧气、一氧化氮、铂。

核性质

放射性

某些物质的原子核能发生衰变,放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线,只能用专门的仪器才能探测到的射线。物质的这种性质叫放射性。

衰变

不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定,这个过程称为衰变(Radioactive decay)。这些粒子或能量(后者以电磁波方式射出)统称辐射(radiation)。由不稳定原子核发射出来的辐射可以是α(氦原子核)粒子、β(电子或正电子)粒子、γ射线或中子。

放射性核素在衰变过程中,该核素的原子核数目会逐渐减少。衰变至只剩下原来质量一半所需的时间称为该核素的半衰期(half-life)。每种放射性核素都有其特定的半衰期,由几微秒到几百万年不等。

原子核由于放出某种粒子而变为新核的现象.原子核是一个量子体系,核衰变是原子核自发产生的变化,它是一个量子跃迁过程,它服从量子统计规律.对任何一个放射性核素,它发生衰变的精确时刻是不能预知的,但作为一个整体,衰变的规律十分明确.若在dt时间间隔内发生核衰变的数目为dN,它必定正比于当时存在的原子核数目N,显然也正比于时间间隔dt

衰变有3种:α衰变、β衰变和γ衰变。

核裂变(nuclear fission)

核裂变指是一个原子核分裂成几个原子核的变化,核裂变通常由中子轰击质量数较大的原子核引起,原子核裂变后会形成两个质量相当的部分,并放出能量,有时会导致链式反应的发生。

核聚变(nuclear fusion)

当多个粒子聚集形成更重的原子核时,就会发生核聚变,例如两个核之间的高能碰撞。常见的核聚变发生于氘与氚之间。核聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化(从一种原子核变化为另外一种原子核)往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核,叫核裂变,如原子弹爆炸;如果是由轻的原子核变化为重的原子核,叫核聚变,如太阳发光发热的能量来源。

在太阳的核心,质子需要3-10KeV的能量才能够克服它们之间的相互排斥,也就是库伦障壁,进而融合起来形成一个新的核。

稳定性

原子核的稳定性,是指原子核不会自发地改变其质子数、中子数和它的基本性质。按原子核的稳定性可分为稳定原子核和不稳定(或放射性)原子核两类。

1.原子核中的质子数等于和大于84的原子核是不稳定的。即原子序数84以后的元素均为放射性元素。

2.具有少于84个质子的原子核,质子数和中子数均为偶数时,其核稳定。

3.质子数或中子数等于2,8,20,28,50,82,126的原子核特别稳定。这些数称为幻数。质子数和中子数都是幻数,称为双幻数核。

4.中子数和质子数之比n/p,在Z<20时n/p=1,原子核稳定。随着原子序数增加,n/p 值增大,比值越大,稳定性越差。

原子核衰变

不稳定的原子核都会自发地转变成另一种核而同时放出射线,这种变化叫放射性衰变。原子核在衰变过程中放出的射线有三种:α射线、β射线和γ射线.

α射线是α粒子流,它是带正电的氦核。β射线是高速运动的电子流。

β衰变有β+和β-两种。β衰变时除放出正电子或负电子外,还放出中微子或反中微子。β-衰变是原子核内中子转变成质子(留在核内)同时放出一个电子和与电子相联系的反中微子。β+衰变是原子核内中子数较少,质子转变成中子(留在核内),同时放出一个正电子和一个中微子。

γ射线是光子流。通常是在α衰变或β衰变后形成新核时辐射出来的。这是因为放射性母核经上述衰变后,变成处于激发态的子核,子核在跃迁到正常态时,一般辐射出γ光子。

衰变前粒子的电荷总数和质量总数与衰变后所有粒子的电荷总数和质量总数相等

放射性衰变定律

t时刻样品中有N个核,在dt时间内有dN个发生衰变,有

t=0,N=N0,有

上式称为放射性衰变定律。

物理意义为:t时刻,每单位时间衰变的原子核数与该时刻原子核总数的比。越大,衰

变越快。

习惯上常用半衰期来表征放射性元素衰变的快慢。半衰期的定义是:原子核衰变到

N=N0/2所需的时间。用T表示。

有时也用平均寿命τ表示衰变的快慢。平均寿命是指每个原子核衰变前存在的时间的

平均值。

放射性活度(也称放射性强度)是指一个放射源,在单位时间内发生的核衰变次数。

在国际单位制中,放射性活度的单位是贝克勒尔(Bq)。1Bq表示每秒发生一次核衰变的

放射源的活度。常用的单位还有居里(Ci)。

光谱

主条目:原子轨道

在稳定状态下,原子中的电子位于离核最近的轨道上,这时的原子就被称为基态原子;

电子吸收能量后跃迁到更高的轨道上,这时原子就处于激发态。由于原子的轨道是量子化的,

因此原子的能量发生变化时,会吸收(放出)特定的能量,产生不同的光谱图像,古斯塔夫·罗

伯特·基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff)和罗伯特·威廉·本生(Robert Wilhelm Bunson)最早应用这一性质对不同元素的原子进行鉴定。

焰色反应(flame test)

当原子的光谱落在可见光区时,肉眼就可以看见不同的颜色,这是有些元素的原子在灼

烧时引起火焰颜色变化的原因,这种变化被称为焰色反应,可以粗略地检测某些元素原子的

存在。

下表给出部分金属(或金属离子)焰色反应产生的颜色

类别锂离子钠离子钾离子铷离子钙离子锶离子钡离子铜离子颜色紫红黄淡紫紫砖红洋红黄绿绿

价电子

价电子是原子参与化学反应的电子数,价电子数与原子的化学性质密切相关,对于主族元素来说,价电子数等于其最外层电子数;对于副族元素,价电子数包括最外层电子数和次

外层的d(有时还包括f)轨道的电子数,元素周期表中通常会用电子排布式标示一个特定

元素的价电子。根据价电子的不同,元素周期表可以分为s区、p区、d区、ds区、f区[11]。

化合价

电离能

1st2nd3rd4th5th6th7th8th9th10th

氢1312.0

氦2372.35250.5

锂520.27298.111815.0

铍899.51757.114848.721006.6

硼800.62427.13659.725025.832826.7

碳1086.52352.64620.56222.73783147277.0

氮1402.328564578.17475.09444.953266.664360

氧1313.93388.35300.57469.210989.513326.57133084078.0

106434.

氟1681.03374.26050.48407.711022.715164.11786892038.1

3

115379.

氖2080.73952.361229371121771523819999.023069.5

131432

5

钠495.845626910.395431335416613201172549628932141362镁737.71450.77732.710542.5136301802021711256613165335458

铝577.51816.72744.811577148421837923326274653185338473硅786.51577.13231.64355.5160911980523780292873387838726磷1011.819072914.14963.66273.92126725431298723590540950硫999.62252335745567004.38495.827107317193662143177氯1251.2229838225158.66542936211018336043860043961氩1520.62665.8393157717238878111995138424076046186钾418.830524420587779759590113431494416963.748610钙589.81145.44912.4649181531049612270142061819120385钪633.11235.02388.67090.688431067913310152501737021726钛658.81309.82652.54174.695811153313590164401853020833钒650.91414283045076298.71236314530167301986022240铬652.91590.62987474367028744.915455178202019023580锰717.31509.0324849406990922011500187702140023960铁762.51561.9295752907240956012060145802254025290钴760.41648323249507670984012440152301795926570镍737.11753.03395530073391040012800156001860021670铜745.51957.9355555367700990013400160001920022400锌906.41733.33833573179701040012900168001960023000镓578.81979.329636180

锗7621537.53302.144119020

砷947.0179827354837604312310

硒941.020452973.741446590788014990

溴1139.921033470456057608550994018600

氪1350.82350.4356550706240757010710121382227425880铷403.0263338605080685081409570131201450026740锶549.51064.2413855006910876010230118001560017100钇6001180198058477430897011190124501411018400锆640.112702218331377529500

铌652.11380241637004877984712100

钼684.315602618448052576640.812125138601583517980锝70214702850

钌710.216202747

铹719.717402997

钯804.418703177

银731.020703361

镉867.81631.43616

铟558.31820.727045210

锡708.61411.82943.03930.37456

锑8341594.924404260540010400

碲869.31790269836105668682013200

碘1008.41845.93180

氙1170.42046.43099.4

铯375.72234.33400

钡502.9965.23600

镧538.110671850.348195940

铈534.410501949354763257490

镨5271020208637615551

钕533.1104021303900

钷540105021503970

钐544.5107022603990

铕547.1108524044120

轧593.4117019904250

铽565.8111021143839

镝573.0113022003990

钬581.0114022044100

铒589.3115021944120

铥596.7116022854120

镱603.41174.824174203

镥523.513402022.343706445

铪658.5144022503216

钽7611500

钨7701700

铼760126025103640

锇8401600

铱8801600

铂8701791

金890.11980

汞1007.118103300

铊589.419712878

铅715.61450.53081.540836640

铋70316102466437054008520

钋812.1

砹910

电离能的大小反映了原子失去电子的难易。电离能愈小,原子失去电子愈易,反之同理;

电离能的大小和原子的有效电荷、原子半径和电子排布有很大关系。

第一电离能

基态气体原子失去电子成为带一个正电荷的气态正离子所需的能量称为第一电离能,一般来说,若不作说明,电离能即第一电离能。

1st~10th

以下是已发现所有元素的第一到第十电离能。数据来源不详。单位:kJ/mol(千焦/摩尔)

电子亲和能

比较分子、原子、离子

2、分子和原子的比较 3:混合物和纯净物比较表 (1)质子数、核电荷数、核外电子数、电子层数、是否是稳定结构 (2)判断是原子、阳离子、阴离子(根据质子数和电子数的大小关系)(3)若是原子,根据最外层电子数可判断元素种类、得失电子的情形 (4)若是离子,可判断所带电荷数,进而推测出其原子结构中最外层电子数5、元素与原子的比较

课堂检测5 姓名 1.下列各组元素的原子结构示意图中,具有相似化学性质的一组元素是() 2.如图是元素X的原子结构示意图.下列说法正确的是() A.该原子最外电子层达到了稳定结构 B.该原子的核外电子数为7 C.X与Na形成的化合物为NaX D.X属于金属元素 3.某元素的原子结构示意图如图示,则该元素原子质子数为() A.原子是最小的粒子 B.分子在不断的运动 C.构成物质的粒子有分子、原子、离子 D.NaCl是由离子构成的物质 6.(2012?北京)牙膏中的含氟化合物对牙齿有保护作用.一种氟原子的原子核内有9个质子和10个中子,该原子的核电荷数为() A.7B.9C.10D.19 7.钛和钛合金被认为是21世纪的重要金属材料,它们具有熔点高、密度小、抗腐蚀性能好等优良性能,因此被广泛用于火箭、航天飞机、船舶和化工等.已知钛原子的质子数为8,中子数为26,则钛原子的核外电子数为() A.48B.26C.4D.22 9.(2013?温州)近日,某省发现部分大米镉超标,镉超标易引起镉中毒.镉元素的核电荷数为48,相对原子质量为112,则镉原子的核外电子数是(),中子数是()A.48B.64C.112D.160 10.关于相对原子质量的叙述:①就是一个原子的质量;②是一个碳的1/12;③是原子的相对质量,是一个比值;④单位是“千克”;⑤近似值为质子数和中子数之和;⑥一般化学计算是采用的近似值.其中正确的是() A.③④⑤B.④⑤⑥C.③⑤⑥D.②③⑤

原子陀螺仪

姓名张翔 学号XS10032006 学院与学科 专业1院:导航制导与控制论文类别惯性导航类

摘要 本文介绍了惯性导航系统的组成与原理,原子干涉仪的原理以及在导航系统中的应用。对原子陀螺仪的组成与作用进行了详细介绍。 关键词:惯性导航;原子干涉;原子陀螺仪 Abstract This thesis has introduced the principles and constitutions of inertial navigation systems.It analysed the foundations and applications of the cold atom gyroscope. Keywords:inertial navigation;cold atom;gyroscope

原子陀螺仪在惯性导航系统中的应用 0引言 惯性导航(Inertial Navigation)是20世纪中期发展起来的完自主式的导航技术。1942年德国在V-2火箭上首先应用了惯性导航原理。1954年惯性导航系统在飞机上试飞成功。1958年舡鱼号潜艇依靠惯性导航在北极冰下航行21天。惯性导航系统通过惯性测量组件(IMU)测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息,利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬时速度和位置信息,具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好的特点,且惯导系统能连续地提供载体的全部导航、制导参数(位置、线速度、角速度、姿态角),故广泛应用于航天、航空、航海领域,特别是军事领域。 惯性导航系统中使用的惯性测量组件包括加速度计和陀螺仪两大类。加速度计是测量运载体线加速度的仪表,由检测质量(也称敏感质量)、支承、电位器、弹簧、阻尼器和壳体组成。陀螺仪是用来测量载体相对参考坐标系下的角速度的仪表。通过对加速度计和陀螺仪测得的信息进行处理可以进行载体的导航。 近三十年以来,原子物理的最新进展允许对原子的外部量子态实施精细控制,其中包括从超冷原子产生任意形式的物质波。这为开发物质波干涉测量技术以测量施加在物质自身上的力提供了基础。基于超冷原子干涉技术的陀螺,加速度计和重力梯度仪的原理样机已制作完成,其精度比目前最好的惯性器件高出2~3个数量级,并且还有很大的提升空间。原子干涉技术即将对惯性测量领域带来革命性的影响。 2003年,美国DARPA斥资千万美元启动了基于超冷原子干涉仪技术的精确惯导系统项目,目的是探索使用超冷原子干涉仪技术替代GPS位置更新。基于该技术的惯导系统将具有前所未有的精度,预计十年内可投入使用。本文将针对该技术进行介绍,分析与研究。

钠离子浓度的测量

安莱立思离子计钠离子浓度的测量 (与安莱立思PI5100或MP6500配合使用) 一、钠离子标准溶液和参比溶液 1、钠离子标准溶液: ① 0.1mol/L钠离子标准溶液(贮备溶液)的配制: 取优级纯(GR)氯化钠(NaCl,58.443g/mol·L-1),放入称量瓶中,在115℃下烘干4h,取出置于干燥器中,冷却至室温。称取5.8443g氯化钠于烧杯中,用蒸馏水溶解后移入1升容量瓶中,并用蒸馏水洗烧杯,溶液移入容量瓶,经三次洗烧杯后,加入 7.4ml浓盐酸,然后用蒸馏水稀释到刻度,混匀,备用。 ② 1×10-3mol/L钠离子标准溶液的配制(pNa 3.00): 用10ml移液管量取0.1mol/L钠离子标准溶液,转入1000ml容量瓶中,用去离子水加入容量瓶至刻度,混匀。 ③1×10-4mol/L钠离子标准溶液的配制(pNa 4.00): 用10ml移液管量取1×10-3mol/L 钠离子标准溶液,转入100ml容量瓶中,用去离子水加入容量瓶至刻度,混匀,备用。 ④1×10-5mol/L钠离子标准溶液的配制(pNa 5.00): 用10ml移液管量取1×10-4mol/L钠离子标准溶液,转入100ml容量瓶中,用去离子水加入容量瓶至刻度,混匀,备用。 1) 0.1mol/L氯化氨(NH4Cl)水溶液。称取0.535g氯化氨于烧杯中,用蒸馏水溶解,并稀至100ml,摇匀,备用。 2) 0.1mol/L氯化銫(CsCl2)水溶液。称取2.0381g氯化銫于烧杯中,用蒸馏水溶解,并稀至100ml,摇匀,备用。 3、总离子强度调剂(TISAB): 4mol/L氯化氨(NH4Cl)+4mol/L氢氧化氨(NH4OH)溶液__称取21.3965g氯化氨和14.0178g氢氧化氨于烧杯中,用蒸馏水溶解,并稀至100ml,摇匀,备用。每100ml标准溶液或样品溶液,加2mlTISAB溶液。 二、钠离子选择性电极和双液接参比电极: 钠离子选择性电极和参比电极在使用前需要在1×10-3mol/L钠离子标准溶液中浸泡,一般不少于半小时。 三、钠离子浓度的测量(具体操作见仪器说明书): 1、仪器准备: ①. 连接电源。 ②. 安装万向电极架,将ST901型搅拌器通电备用。 ③. 选择合适的离子选择电极、参比电极和温度电极,并接入仪器;选择好离子强度调节剂和合适的搅拌速度。 ④. 在测量模式时按MODE键,切换至ION测量模式,选择离子种类。 2、仪器校准:

核电基础知识

核电基础知识 核电技术发展:自1951年12月美国实验增殖堆1号(EBR-1)首次利用核能发电以来,世界核电至今已有50多年的发展历史。截止到2005年年底,全世界核电运行机组共有440多台,其发电量约占世界发电总量的16% 1、什么是核能 世界上一切物质都是由原子构成的,原子又是由原子核和它周围的电子构成的。轻原子核的融合和重原子核的分裂都能放出能量,分别称为核聚变能和核裂变能,简称核能。 本书内提到的核能是指核裂变能。前面提到核电厂的燃料是铀。铀是一种重金属元素,天然铀由三种同位素组成: 铀-235 含量0.71% 铀-238 含量99.28% 铀-234 含量0.0058% 铀-235是自然界存在的易于发生裂变的唯一核素。

当一个中子轰击铀-235原子核时,这个原子核能分裂成两个较轻的原子核,同时产生2到3个中子和射线,并放出能量。如果新产生的中子又打中另一个铀-235原子核,能引起新的裂变。在链式反应中,能量会源源不断地释放出来。 铀-235裂变放出多少能量呢?1千克铀-235全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃烧放出的能量。 2、核反应堆原理 反应堆是核电站的关键设计,链式裂变反应就在其中进行。反应堆种类很多,核电站中使用最多的是压水堆。 压水堆中首先要有核燃料。核燃料是把小指头大的烧结二氧化铀芯块,装到锆合金管中,将三百多根装有芯块的锆合金管组装在一起,成为燃料组件。大多数组件中都有一束控制棒,控制着链式反应的强度和反应的开始与终止。 压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件,吸收

了核裂变产生的热能以后流出反应堆,进入蒸汽发生器,在那里把热量传给二次侧的水,使它们变成蒸汽送去发电,而主冷却剂本身的温度就降低了。从蒸汽发生器出来的主冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。冷却剂的这一循环通道称为一回路,一回路高压由稳压器来维持和调节。 3、什么是核电站 火力发电站利用煤和石油发电,水力发电站利用水力发电,而核电站是利用原子核内部蕴藏的能量产生电能的新型发电站核电站大体可分为两部分:一部分是利用核能生产蒸汽的核岛、包括反应堆装置和一回路系统;另一部分是利用蒸汽发电的常规岛,包括汽轮发电机系统。 核电站用的燃料是铀。铀是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压力下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转,电就源源不断地产生出来,并通过电网送到四面八方,这就是最普通的压水反应堆核电站的工作原理。 在发达国家,核电已有几十年的发展历史,核电已成为一种

分子和原子经典习题

初三化学 分子和原子经典习题 【典型例题】 例1:下列操作或现象与分子对应的特性不一致的选项是 选项操作或现象分子的特性 A 给篮球充气分子间有间隙 分子是有质量的 B 100mL酒精和100mL水混合在一起,体积小于 200mL C 在花园中可闻到花的香味分子是运动的 D 加热氧化汞可得到金属汞和氧气分子是可以再分的 【解析】本题主要考查分子的基本性质与宏观现象的联系。宏观现象或操作可以反映分子的某些性质,同时分子的某些性质又可以解释宏观现象,二者是相互对应的。“100mL 酒精和100mL水混合在一起,体积小于200mL”对应分子的基本性质是:分子间有间隙。 【答案】B 例2:下列关于分子、原子的说法正确的是 A. 分子能构成物质,原子不能构成物质 B. 分子能保持物质的化学性质,原子不能 C. 分子大,原子小 D. 分子在化学反应中可以再分,而原子则不能再分 【解析】有些物质由分子构成,如水、氧气,也有物质是由原子直接构成的,如汞、硅;故A错。物质的化学性质由分子保持,原子构成的物质,物质的化学性质由原子保持,故B 错。分子由原子构成,分子肯定比构成它的原子大,但是,毫无联系的分子和原子没有可比性,如汞原子比氢分子大,故C错。分子在化学反应中要改变,而原子则不能再分,只是重新排列组合形成新的分子或直接构成新的物质。 【答案】D 例3:微观模拟题:通过下图反应示意图回答下列问题: (1)丙物质属于纯净物中的___________(填物质分类)。 (2)该反应的基本反应类型为_____________反应。 (3)用分子和原子的观点来解释化学反应的实质____________。 【解析】试题通过模拟图示较为直观、形象地将有关粒子的构成情况展示出来,使本来很抽象的微观概念具体化、形象化。甲是由同种分子构成的纯净物,甲的分子又是由不同种原子构成的,发生化学变化后,观察分子和原子的变化情况以及生成物的分子构成。 【答案】(1)单质(2)分解(3)在化学变化中,分子可以再分,原子不能再分,只是重新组合形成其他物质的分子。 例4:科学研究发现:氮气不活泼,在3000℃时仅有0.1%的分子分裂。在0℃常压下,向密闭容器M中充入一定量的氮气,而后升高温度(不超过3000℃,压强不变),若该密闭容器的体积增大了一倍,则M内分子变化的示意图合理的是 【解析】温度升高后气体的体积增大了一倍,并不是分子的数目增多了,也不是分子的种类改变了,而是分子在温度升高时运动速率加快,分子间的间隔增大,但分子并没有破裂,数目、大小都没有改变。A表示分子变大了,C、D表示分子都破裂了,B表示分子间的间隔增大了。 【答案】B 例5:下列图示中,表示纯净物的,表示混合物的是,由原子直接构

钠在人体中的作用

钠在人体中的作用 钠离子是细胞外液主要阳离子,在维持细胞外液晶体渗透压中起重要作用,钠离子与水分子结合为水合离子,使水得以保存,防止流失。钠离子在维持神经、肌肉应激性和细胞膜通透性上起重要作用。 食盐的主要成分为钠,因此如果体内钠盐积聚过多,细胞渗透压 就要变动,人体为了保持一定的渗透压,就会吸收大量的水分,整个血液的容量也就增多,从而使心脏负荷过重,诱发或加重心力衰竭症状,钠过多还使血压升高,促使肾脏细小动脉硬化过程加快,因此不论是 高血压还是心脏病,都必须在饮食中控制食盐的用量. 在摄入高钠而导致高血压时,钾具有降血压作用.这是因为,钠和钾是体液中的主要电解质,对机体体液均衡分布起着重要的调节作用.它们必须彼此均衡,并共同来控制人体的水平衡.在正常人体内,钠离子占细胞外液阳离子总量的92%,钾离子占细胞内液阳离子总量的98%左右.钠,钾离 子的相对平衡,维持着整个细胞的功能和结构的完整.钾能够使体内 过剩的钠排出体外. (对于我们这些饮食男女而言,美味的佳肴往往 口味较重,当你盐分摄入过多引起肿胀时,营养师就教给我们多吃含钾食物,或当你经过一周的大吃大喝,或者某顿饭吃得太咸时,就需要多吃一些富含钾的食物了。比如香蕉、红薯、无花果、奶酪、西瓜、杏、哈密瓜或甜瓜等。这是因为,钾是与钠同族的化学元素,它可以溶解并替换出多余的钠,使其从尿液中排出,从而减轻肿胀。钾还对降低血压非常有帮助, 当你不知不觉摄入了大量的钠盐,常年累月

如此,血压也会容易走高.也是要补充身体内钾元素的含量,来预防因摄入钠盐过多而导致的高血压.也要多吃上面提到的那些食物,另外有很多水果或是果汁都是补充钾元素很好来源, 如苹果,梅子和李子(欧美国家即西梅)中的钾的含量都比较高, 尤其是西梅汁,更是很多欧美专家经常推荐的补钾果汁.) 成人体内钠含量为45~50毫摩尔(约1克左右)/每公斤体重,其中约45%分布于细胞外液,45%分布于骨胳,10%分布于细胞内液。钠离子、钾离子在细胞内、外分布呈现显著差异,这是由细胞膜上的钠泵(钠离子,K+-ATP酶)造成的,钠泵源源不断地将细胞内的钠离子转运到细胞外,将细胞外的钾离子转运到细胞内。成人日需钠以氯化钠计为5~9克,实际摄入量为7~15克,主要来自食盐。摄入的钠全部经胃肠道吸收入血,向体内分布。细胞内、外钠的平衡很快,约需1小时,骨钠与血浆钠平衡较慢,约需1周左右。钠主要由肾脏排出,粪便及汗液排出少量钠。肾脏对钠离子的阈值为110~130毫摩尔/升,体内过量的钠通过肾脏迅速排出。肾小球每日钠离子滤过量为20~40毫摩尔/升,肾脏每日钠离子的排出量为0.01~0.2毫摩尔/升,重吸收率达99.4%。肾脏有强大的保钠功能,“多吃多排,少吃少排,不吃不排。” 肾小管滤过的钠95%经肾小管又重吸收。近端肾小管吸收约65%,亨利氏袢吸收25%,其余10%在远端肾小管与钾、氢分泌相交换。高血钠时细胞外液容量增加,尿排钠也增多。低血钠常可减少尿钠的排出。肾脏排钠主要受肾素—血管紧张素—醛固酮系统调节,主要作用

(完整版)配位化学练习题

配位化学练习题 一.是非题 1.配合物的配位体都是带负电荷的离子,可以抵消中心离子的正电荷。 2.[Cu(NH 3)3]2+ 的积累稳定常数β3是反应[Cu(NH 3)2]2+ +NH 3?[Cu(NH 3)3]2+的平衡常数。 3.配位数是中心离子(或原子)接受配位体的数目。 4.配离子的电荷数等于中心离子的电荷数。 5.配合物中由于存在配位键,所以配合物都是弱电解质。 6.根据稳定常数的大小,即可比较不同配合物的稳定性,即K f 愈大,该配合物愈稳定。 7.外轨型配离子磁矩大,内轨型配合物磁矩小。 8.Fe(Ⅲ)形成配位数为6的外轨型配合物中,Fe 3+离子接受孤对电子的空轨道 是sp 3d 2。 9.中心离子的未成对电子数越多,配合物的磁矩越大。 10.配离子的配位键越稳定,其稳定常数越大。 二.选择题 1.下列叙述正确的是 A.配合物由正负离子组成 B.配合物由中心离子(或原子)与配位体以配位键结合而成 C.配合物由内界与外界组成 D.配合物中的配位体是含有未成键的离子 2.下面关于螯合物的叙述正确的是( )。 A 、有两个以上配位原子的配体均生成螯合物 B 、螯合物和具有相同配位原子的非螯合物稳定性相差不大 C 、螯合物的稳定性与环的大小有关,与环的多少无关 D 、起螯合作用的配体为多齿配体,称为螯合剂 3.已知()lg 232Ag NH θβ+?????? =7.05, ()lg 22Ag CN θβ-?????? =21.7, ()lg 22Ag SCN θβ-?????? =7.57, () 3lg 2232Ag S O θβ-???? ?? =13.46;当配位剂的浓度相同时,AgCl 在哪种溶液中的溶解度

原子与原子核的结构

第三章二、原子与原子核的结构 原子的核式结构模型 1909~1911年,英国物理学家卢瑟福(E.Rutherford,1871-1937)和他的助手们进行了α粒子散射的实验:用α射线照射金箔,由于金原子中的带电微粒对仪粒子有库仑力的作用,一些α粒子穿过金箔后会改变原来运动的方向。卢瑟福希望通过对实验现象的分析,来了解原子内部电荷与质量分布的情形。 实验的结果是,绝大多数α粒子穿过金箔后仍大致沿原来的方向前进,但是少数α粒子发生了较大的偏转(图3.2-1)。 图3.2-1 α粒子的散射 实验中观察到的大角度散射使卢瑟福感到惊奇。α粒子的这种大角度散射,不可能是金箔原子内的电子造成的,因为电子的质量很小。这就像子弹碰到尘埃一样,子弹的方向不会发生什么变化。α粒子一定是由于正电荷的作用而散射,而且正电荷的质量一定很大,碰撞时才能使α粒子改变运动方向。卢瑟福猜想:原子中的正电荷与原子的质量一定集中在一个很小的核上。 卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目,在此基础上提出了原子的核式结构模型:在原子的中心有一个很小的核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在核内,这个核叫做原子核(atomic nucleus),带负电的电子在核外的空间运动着。 按照原子的核式结构模型,原子内部的空间十分空旷。近代研究表明,原子直径的数量级为10-10 m,而原子核直径的数量级仅为10-15m,两者相差十万倍!如果把原子比做直径百米左右的大球,那么原子核只有米粒大小。 原子核的组成 原子核虽然很小,但是也有内部结构。 1919年,卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮原子核,从氮核中打出了一种新的粒子。根据这种粒子在电场和磁场中的偏转,测出了它的质量和电荷,原来它就是氢原子核,叫做质子(proton),用p表示。以后,人们用同样的方法从氟、钠、铝等原子核中都打出了质子,因而,质子是原子核的组成部分。

(完整版)钠离子电池负极材料

钠离子电池负极材料 摘要 在大量电池需求下,由于钠相对于锂更加环保、价格低廉、分布广泛等优点,对钠离子电池负极材料的研究热情日益高涨。钠离子电池负极材料主要分为含碳材料、氧化物/磷酸盐(钠嵌入材料)、钠合金/复合物等。阐述不同的材料有不同的嵌入/脱嵌钠的反应机制。同时强调钠离子电池作为锂离子电池潜在的商业对手,由于价格低廉和相对高的能量密度带来的前景。 1.引言 可充电锂电池,通常叫做锂离子电池,,被认为是至今最成功和成熟的能量储存装置。起初因为高能和安全被广泛研究,同时作为电车的可选电源。配备大量锂电池作为电源的电车已经慢慢占领电动市场,将来有望减少对化石燃料的依赖性。但是必要元素锂广泛分布在地壳,并不能被认为很充足;同时,自从锂离子电池的商业化,锂材料价格迅速上升。恰恰相反,钠元素广泛存在于海盐中,可谓用之不尽;同时作为半径仅次于锂的第二轻的碱金属元素,化学性质与锂相似。 钠与锂有些许的差别:钠 原子是锂原子的三倍重,离子 半径更大,Na/Na+标准电势高 于Li/Li+3.4V,相应地体能量 密度或者重量能量密度低,钠 熔点(97.7℃)低于锂熔点 (180.5℃),所以钠的安全性 低于锂。因为钠离子半径大, 主电极材料要求有充足大的 间隙容纳钠离子,进行可逆、 迅速的离子/电子注入与排出。 钠离子电池主要的障碍在于合适的负电极。石墨烯的发现,加速了锂离子电池的发展,理论容量为372 mA h g-1,低平的工作电压平台。不幸的是,石墨烯不能作为钠离子的嵌入主体。随着对大规模电能储存电池要求的增加,产生对NIB的研究热情。在过去的三四十年,由于全世界大量的研究努力,NIB的负极化学性能已经有了极大提高。对NIB负极材料大致分为四类:⑴含碳材料⑵氧化物/磷酸盐材料(嵌入)⑶p-block元素⑷氧化物/硫酸盐(还原反应) 2.碳基电极 2.1钠注入硬碳 由于石墨烯可逆容量高达360 mA h g-1,被广泛作为LIB负极材料。然而在钠电池中化学活性非常低,仅有在氦气或真空条件加热金属钠小量的钠原子可以注入到石墨烯,形成NaC64,远远小于Li和K。较低晶态碳如软碳、硬碳,有更高的电化学活性。通常软碳包含无序结构,在高于2800℃是石墨化的。在高于600-700℃软碳高于石墨在锂电池的容量。然而初始循环后由于在软碳表面电解质分解,产生不可逆容量。硬碳(所谓的非石墨化碳)有类似于软碳的无序结构,

配位化合物

1. 填空题:(1.0分) 对于配体个数相同的配位个体,其越大,配位个体就越稳定。错 (填“对”或“错”) 2. 填空题:(1.0分) 当中心原子的(n-1)d轨道全充满(d10)时,没有可利用的(n-1)d空轨道,只能形成___外___轨配合物 3. 问答题:(1.0分) 简要叙述外轨配合物与内轨配合物的区别。 4. 填空题:(1.0分) 配合物[Pt(NO2)2(NH3)4]Cl2命名为______,内界是______,外界是______,中心原子是______,配体是______,配位原子是______,配位数是______。 空1 空2 空3 空4 空5 空6

空7 5. 填空题:(1.0分) 如果配体均为单齿配体,则配体的数目______中心原子的配位数;如配体中有多齿配体,则中心原子的配位数______配体的数目。 空1 空2 6. 单选题:(1.0分) 按配合物的价键理论,配合物中心原子与配体之间的结合力为 A. 氢键 B. 离子键 C. 配位键 D. 正常共价键 7. 单选题:(1.0分) 配离子的标准稳定常数与标准不稳定常数的关系是 A. 互为相反数 B. 互为倒数 C. 乘积不等于1 D. 相等 8. 填空题:(1.0分) 在配位个体中,中心原子的配位数等于配体的数目。 (填“对”或“错”) 空1

9. 单选题:(1.0分) 配离子[CoCl2(en)2]+中,中心原子的配位数是 A. 4 B. 3 C. 6 D. 5 10. 填空题:(1.0分) 配位个体中配体的数目不一定等于中心原子的配位数。 (填“对”或“错”) 空1 11. 填空题:(1.0分) 配合物的价键理论认为中心原子与配体之间的结合力是______ 空1 12. 填空题:(1.0分) 配位化合物[Co(NH3)4(H2O)2]Cl3的内界是______,外界是______,配体是______,配位原子是-______,中心原子的氧化数是______,配位数是______。 空1: 空2: 空3:

分子和原子第二课时教案

课题1 分子和原子第二课时教案 教学目标 1.理解分子、原子的概念。 2.认识分子与原子的主要区别。 3.用分子和原子的观点认识物理变化和化学变化的实质。 4.从分子的角度分析纯净物和混合物的区别。 教学重点 分子和原子概念。 教学难点 1.分子和原子概念。 2.分子和原子的区别与联系。 教学过程 一、复习铺垫 【提问】分子有那些基本性质? 【抽生回答】(1)分子很小,质量和体积都很小;(2)分子总是在不停地运动着,并且温度越高,分子的能量越大,运动速度也就越快;(3)分子间有间隔。温度升高,分子之间的间隔增大;(4)同种分子性质相同,不同种分子性质不同。 【导入】分子能不能再分?如果能再分,那分子又是由什么构成的呢?分子和原子之间是什么关系呢?这节课我们继 续学习分子、原子的有关知识 二、探究新知 【提问并讲解】1.水蒸发是什么变化?(生答:物理变化。)在这个变化中水分子有没有变成其他分子?(生答:没有。)既然如此,水的化学性质是当然就没有改变。 2.品红溶于水是什么变化?(生答:物理变化。)在这个变化中品红分子和水分子有没有变成其他分子?(生答:没有。)既然如此,水和品红的化学性质当然就各自保持不变。 【结论】由分子构成的物质在发生物理变化时,分子本身没有发生变化,其化学性质也保持不变。 【提问并讲解】1.过氧化氢分解制取氧气是什么变化?(生答:化学变化。)反应前是什么分子?(生答:过氧化氢分子。)反应后是什么分子?(生答:水分子、氧分子。)分子发生变化没有?(生答:发生了。)既然分子发生了变化,过

氧化氢的化学性质当然就不能再保持。 2.氢气在氯气中燃烧生成氯化氢,是什么变化?(生答:化学变化。)反应前是什么分子?(生答:氢分子、氯分子。)反应后是什么分子?(生答:氯化氢分子。)分子发生变化没有?(生答:发生了。)既然分子发生了变化,氢气和氯气的化学性质当然就不能再保持。 【结论】由分子构成的物质在发生化学变化时,分子发生了变化,其化学性质也就不能保持。 【提问】由以上可知,如果物质的分子不变,化学性质就能保持不变。分子变了,化学性质就不能保持。那么我们该如何给分子下定义呢?请同学们看教材50页第二段。 【抽生回答】由分子构成的物质,分子是保持其化学性质的最小粒子。 【抽象概念直观化】酒精能燃烧,如果取其一半,能否燃烧?(生答:能。)取其一半的一半,能否燃烧?(生答:仍能燃烧。)可见构成酒精分子不变,其化学性质就不变。 【提问】分子定义中有三个关键词,请找一找。 【抽生回答】概念中的三个关键词是:“由分子构成的物质”、“化学性质”、“最小”。 【过渡】为什么是“保持其‘化学性质’的最小粒子”而不是“保持其‘物理性质’的最小粒子”呢?听了下面的故事你也许会豁然开朗。 【小故事】伽利略的父亲曾带伽俐略去朋友家作客,当时天上正飘着鹅毛大雪。小伽俐略一边走一边玩,非常高兴。忽然,他停住了脚步,望着漫天飞舞的雪花,问:“爸爸,雨水没有颜色,雪花为什么是洁白的呢?”雨水和雪花都是由水分子构成的,而他们颜色不同,状态不同,可见分子不能保持物质的物理性质。 【讲解】在常见的物质中,哪些物质是由分子构成的呢?氧气(O2)由氧分子构成,臭氧(O3)由臭氧分子构成,氢气(H2)由氢分子构成,氮气(N2)由氮分子构成,水(H2O)由水分子构成,过氧化氢(H2O2)由过氧化氢分子构成,二氧化碳(CO2)由二氧化碳分子构成,氨气(NH3)由氨分子构成。 【讨论】刚才我们从微观的角度认识了物理变化和化学变

钠原子光谱

近代物理实验题目钠原子光谱的观测与分析 班级09物理 学号09072053 姓名张泽民 指导教师余云鹏

钠原子光谱的观测与分析 研究元素的原子光谱,可以了解原子的内部结构,认识原子内部电子的运动,并导致电子自旋的发现。原子光谱的观测,为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。1885年末,巴尔末(J.J.Balmer)根据人们的观测数据,总结出了氢光谱线的经验公式。1913年2月,玻尔(N.Bohr)得知巴尔末公式后,3月6日就寄出了氢原子理论的第一篇文章,他说:“我一看到巴尔末公式,整个问题对我来说就清楚了。”1925年,海森伯(W.Heisenberg)提出的量子力学理论,更是建筑在原子光谱的测量基础之上的。现在,原子光谱的观测研究,仍然是研究原子结构的重要方法之一。 20世纪初,人们根据实验预测氢有同位素,1912年发明质谱仪后,物理学家用质谱仪测得氢的原子量为1.00778,而化学家由各种化合物测得为1.00799。基于上述微小的差异,伯奇(Birge)和门泽尔(Menzel)认为氢也有同位素2H(元素左上角标代表原子量),它的质量约为1H的2倍,据此他们算得1H和2H在自然界中的含量比大约为4000:1,由于里德伯(J.R.Rydberg)常量和原子核的质量有关,2H的光谱相对于1H的应该会有位移。1932年,尤雷(H.C.Urey)将3L液氢在低压下细心蒸发至1毫升以提高2H的含量,然后将那1mL注入放电管中,用它拍得的光谱,果然出现了相对于1H移位了的2H的光谱,从而发现了重氢,取名为氘,化学符号用D表示。由此可见,对样品的考究,实验的细心,测量的精确,于科学进步非常重要。 二、【实验仪器】 1、WGD—8A型组合式多功能光栅光谱仪 由光栅单色仪、接收单元、扫描系统、电子放大器、A/D采集单元、计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型。入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝,宽度范围0-2mm连续可调,顺时针旋转为狭缝宽度加大,反之减小,每旋转一周狭缝宽度变化0.5nm。光源发出的光束进入入射狭缝S1,S1位于过反射式准光镜M2的焦面上,通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上,衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上或S3上。 M2、M3 焦距500mm 光栅G 每毫米刻线2400条,闪耀波长250nm 波长范围200-660nm 相对孔径 D/F=1/7 杂散光≤10-3 分辨率优于0.06 nm 光电倍增管接收 (1)波长范围 200-660nm (2)波长精度≤ ±0.2nm (3)波长重复性≤ 0.1nm CCD(电荷耦合器件) (1)接收单元 2048 (2)光谱响应区间 300-660nm (3)积分时间 88档 (4)重量 25kg 两块滤光片工作区间白片 350-600nm

第3章作业(2016)

第三章 作业题 1、在一维双原子晶格振动的情况下,证明在布里渊区边界a q 2π ±=处,声学支格波中所有 轻原子m 静止,而光学支格波中所有重原子M 静止。画出这时原子振动的图像。

2、.具有简单立方布喇菲格子的晶体,原子间距为2×10-10m ,由于非线性相互作用,一个沿[100]方向传播,波矢大小为10 103.1?=q m -1的声子同另一个波矢大小相等当沿[110]方向传播的声子相互作用,合成为第3个声子,试求合成后的声子波矢。 3、试求质量为m ,原子间距为2/a ,力常数交错为1β,2β的一维原子链振动的色散关系。当1215ββ=时,求在0=q 和a q π =处的)(q ω,并粗略画出色散关系。

4 对NaCl晶体,测知其密度ρ=2.18g/cm3,正负离子的平衡距离α=2.81×10-10m,格波光学支的最高频率为3.6×1013(rad/s),试以一维双原子晶链模型计算:(1)NaCl的恢复力常数β;(2)长声学波的波速;(3)NaCl的弹性模量。已知Na和Cl的原子量分别为23和35.5,每摩尔的原子数为6.024×1023,且由弹性波理论得到波速υ=(弹性模量/介质密度)1/2=[E/ ρ]1/2.(第二问中声学波公式有误,答案正确)

5 已知NaCl 晶体平均每对离子的相互作用能为 n r r q T U //)(2βα+-= 其中马德隆常数75.1=α,9=n ,平衡离子间距m 1082.2100-?=r 。 (1)试求离子在平衡位置附近的振动频率。 (2)计算与该频率相当的电磁波的滤长,并与NaCl 红外吸收频率的测量值61μm 进行比较。

配位化合物

配位化合物 知识点一:基本概念 一、定义和组成 1.配位键 由一个原子提供一对电子与另一个接受电子的原子形成的共价键。 2.配位键的表示方法 如:A →B :A 表示提供孤电子对的原子,B 表示接受共用电子对的原子。 3.配位化合物 (1)定义:金属离子(或原子)与某些分子或离子(称为配体)以配位键结合形成的化合物。 (2)组成 如[Cu(NH 3)4]SO 4 (3)形成条件 ??? 配位体有孤电子对? ?? ?? 中性分子:如H 2 O 、NH 3 和CO 等。 离子:如F - 、Cl - 、CN - 等。中心原子有空轨道:如Fe 3+、Cu 2+、Zn 2+ 、Ag +等。 【练习1】下列分子或离子中都存在着配位键的是( ) A .NH 3、H 2O B .NH + 4、H 3O + C .N 2、HClO D .[Cu(NH 3)4]2+ 、PCl 3 【练习2】既有离子键又有共价键和配位键的化合物是( ) A .NH 4NO 3 B .NaOH C .H 2SO 4 D .H 2O 【练习3】下列物质:①H 3O + ②[B(OH)4]- ③CH 3COO - ④NH 3 ⑤CH 4中存在配 位键的是( )

A .①② B .①③ C .④⑤ D .②④ 【练习4】下列不属于配合物的是( ) A .[Cu(H 2O)4]SO 4·H 2O B .[Ag(NH 3)2]OH C .KAl(SO 4)2·12H 2O D .Na 3[AlF 6] 【练习5】下列化合物中哪些是配合物( ) ①CuSO 4·5H 2O ②K 2PtCl 6 ③KCl ·CuCl 2 ④Cu(NH 2CH 2COO)2 ⑤KCl ·MgCl 2·6H 2O ⑥Cu(CH 3COO)2 A .①③④⑥ B .②③⑤ C .①② D .①③⑤ 二、配合物的分类和命名 1、 分类: ⑴简单配合物:由形成体和单齿配体直接配位形成的配合物称简单配合物(也称单核配合物)。如()[] 443SO NH Cu 、()[] O H SO O H Cu 2442?等。 其特点是: ① 在中心离子周围按一定空间构型整齐地排列着一定数目的配体。 ② 在水溶液中往往逐级离解,形成一系列中间配离子,并存在着一定的平衡关系。 ③ 大量的水合物,是以H 2O 为配体的简单配合物。 ⑵螯合物:由中心离子和多齿配体结合而成的配合物称为螯合物,俗称内络盐。此类配体也称螯合剂,它与中心离子结合时犹如螃蟹的双螯钳住中心离子似的。 其特点如下: ① 螯合物中有环状结构。 ② 若中心离子相同,且配位原子也相同时,螯合物一般比简单配合物稳定。 ③ 在水溶液中很少发生逐级离解现象。 ④ 一般具有特征颜色。 ⑤ 往往不溶于水,但却溶于有机溶剂中。 在分析化学上,螯合剂被广泛地用作滴定剂、显色剂、沉淀剂、掩蔽剂和萃取剂等进行分离和分析测定。 ⑶特殊配合物:除简单配合物和螯合物外,还有许多其它类型的配合物。 如:多核配合物、多酸配合物、羰基配合物、夹心配合物等。 2、 配合物的化学式 3、 配合物的命名: 配体数→配体名称→合→中心原子(氧化数) 如:[Co(NH 3)6] 3+ 六氨合钴(Ⅲ)离子

初三化学:分子和原子知识点汇总二

初三化学:分子和原子知识点汇总二 二、考点清单 1、认识物质的微粒性,知道分子、原子的区别与联系 2、能用分子的观点解释某些常见的现象 3、认识原子的构成。初步了解相对原子质量 三、全面突破 知识点1:分子和原子 一)认识分子 1、分子的基本性质 (1)分子是构成物质的一种粒子,其质量、体积都非常小。 自然界中大多数的物质是由分子构成的。 (2)分子在不断地做无规则运动。 温度越高,分子的运动速度就越快。

(3)分子之间有一定的间隔:气态>液态>固态 (4)同种分子的化学性质相同;不同种分子的化学性质不同 2、分子的概念:保持物质化学性质的最小粒子 3、应用分子的观点认识: (1)纯净物、混合物: 纯净物混合物 由分子构成的物质中,由同一种分子构成的是纯净物。如冰、水共存物实际为纯净物,因为其中的构成粒子只有一种——水分子,由不同种分子构成的是混合物,如红磷和白磷的混合体为混合物,区分纯净物和混合物的关键是把握“物质的种类”或“分子的种类”是否相同。 (2)物理变化、化学变化 水蒸发是发生了物理变化,而水分解是发生了化学变化 水蒸发时,水分子本身没有变化,变化的只是分子间的间隔。水的化学性质也没有改变。水分解时,水分子变成了氢分子和氧分子。分子变了,生成的氢分子和氧分子不具有水分子的化学性质。 注意:在化学变化中,分子的组成一定改变,分子的数目可能改变。

二)认识原子 1、原子定义:化学变化中的最小微粒 2、化学反应的实质:化学变化中分子分裂成原子,原子重新组合成新分子。 3、分子、原子的主要区别:在化学反应中,分子可分,原子不可分 4、分子、原子的相互关系: 5、原子的基本性质: (1)原子也是构成物质的一种粒子,其质量、体积都非常小。 (2)原子同分子一样,也是时刻不停地做高速的无规则运动。 温度越高,能量越大,运动速度就越快。 (3)原子之间也有一定的间隔 原子: 分子:

第三章习题

第三章习题 [3-01] 离子键没有方向性和饱和性,但在离子晶体中,每个离子又有一定的配位数,即每个 正负离子周围都有一定数目的带相反电荷的离子,这两种说法有无矛盾? 答: 没有矛盾。从静电引力的角度看,一个离子可以在其周围吸引尽可能多的异号离 子,所以离子键没有方向性。但由于正负离子是有一定半径大小的,其周围排列和吸引的异号离子多少,由正负离子的半径比所决定。当吸引过多的异号离子时,带有相同电荷的离子之间会产生足够大的排斥作用。离子半径比和正负电荷相互吸引、排斥的平衡结果导致正负离子周围异号离子的配位数是一定的。这与静电引力无方向性是不矛盾的。 [3-02] 试用玻恩(M.Born)朗德(A. Lande)晶格能计算公式求氯化钾的晶格能。(685 kJ·mol -1) 答: 对于KCl 晶体,其A = 1.748,Z 1=Z 2=1,K +为Ar 型结构,n =9,Cl -为Ar 型 结构,n =9,其平均值为9。查得K +半径=133 pm ,Cl -半径=181pm 。代入公式得: 138490 1.748116851331819U ???=-= ?+?? kJ·mol -1 [3-03] 原子轨道重叠形成共价键必须满足哪些原则?σ健和π键有何区别? 答: 原子轨道重叠形成共价键必须满足电子自旋相反、能量相近、对称性匹配和最大 重叠三个原则。 σ健和π键的主要区别在于σ健成键原子轨道沿键轴(原子核间连线)方向重叠,其 特点是可绕键轴旋转而不被破坏,且两个原子之间只形成一个σ健。 π键成键原子轨道沿与键轴垂直的方向相互重叠,其特点是当绕键轴旋转时,键 可能被破坏。所以,π键一般不如σ键稳定,且两个原子之间可形成多个π键。 [3-04] COCl 2分子中,中心原子C 采用的是 sp 2 杂化方式,分子的空间构型为 平面三角 形 。该分子中有 3 个σ键, 1 个π键。 [3-05] 在BCl 3和NCl 3分子中,中心原子的配体数相同,但为什么二者的中心原子采取的杂化 类型和分子的构型却不同? 答: BCl 3中B 的3个价电子分别与Cl 形成3个σ键,采用sp2杂化形式,为平面三角型;NCl 3中N 除了形成3个σ键外还有一对孤对电子,采用sp 3杂化形式,为三角锥型。 [3-06] NCl 3分子中,N 原子与三个Cl 原子之间成键所采用的轨道是( B )。 A 二个sp 杂化轨道,一个p 轨道成键 B 三个sp 3杂化轨道成键 C p x 、p y 、p z 轨道成键 D 三个sp 2杂化轨道成键 [3-07] 根据价层电子对互斥理论,BrF 3分子的几何构型为( D )。 A 平面三角形 B 三角锥形 C 三角双锥 D T 形 [3-08] ClO 3F 分子的几何构型属于( C )。 A 线性 B 平面正方形 C 四面体 D 平面三角形 [3-09] 试写出下列各化合物分子的空间构型,成键时中心原子的杂化轨道类型以及分子的 电偶极矩(是否为零)。 A SiH 4 B H 2S C BCl 3 D BeCl 2 E PH 3 答: SiH 4为正四面体结构,中心原子Si 的轨道类型为sp 3杂化,分子的电偶极矩为零。 H 2S 为V 结构,中心原子S 的轨道类型为sp 3杂化,分子的电偶极矩不为零。 BCl 3为平面三角形结构,中心原子B 的轨道类型为sp 2杂化,分子的电偶极矩为零。 BeCl 2为直线结构,中心原子Be 的轨道类型为sp 杂化,分子的电偶极矩为零。 PH 3为三角锥形结构,中心原子P 的轨道类型为sp 3杂化,分子的电偶极矩不为零。 [3-10]

一个四能级原子系统中吸收机制的研究

编号20120811228 本科生毕业设计 一个四能级原子系统中吸收机制的研究Absorption mechanism in a four-level system 学生姓名陈號天 专业光信息科学与技术 学号0811228 指导教师李爱军 分院光电科学分院 2012年6月

摘要 人们早已认识到,通过应用强相干光场可以改变原子介质的光学性质。近年来与电磁感应光透明相关的种种现象引起了人们很大的关注。电磁感应光透明的实质是,在多能级系统中强相干光场诱导了原子相干,从而改变了系统对弱探测场的响应;在一定的条件下,在共振频率处探测场的吸收锐减。Harris和Yamamoto曾经提出过一个四能级的光开关系统,在这个系统中只吸收双光子,不吸收单光子。这个四能级系统可以作为光开关,一个频率的光脉冲会引起另一个频率的光的吸收。Yan,Rickey,和 87原子中所进行的基于这个四能级系统的非线性吸收的实验观测。Zhu报道了在Rb 在本文中,我们将用量子跳跃的方法详细研究这个系统吸收的物理过程和内在机制,我们将证明,“在这个四能级系统中,单光子过程由于相消干涉而被完全抑制”只是一个有条件的结论。在一般的条件下,单光子吸收过程并不能被忽略,有时它甚至起着主要的作用;单光子和三光子吸收过程通常同时存在于这个系统中。这两个吸收过程对探测场的整个吸收谱通常都是有贡献的。 关键词:光吸收相干弛豫速率量子跳跃

ABSTRACT By using quantum-jump approach, we calculated out the probability of one-photon absorption process and the three-photon absorption process, and the mean change of the probe field photon number in each coherent evolution period. It can be found that the one-photon process is almost completely suppressed at the line center 0=?p with the small Rabi frequency rate c d ΩΩ/, in such case, the absorption at the line center is caused by the three-photon absorption process. With the increasing of the rate c d ΩΩ/, the one-photon process increasingly manifests its contribution to the probe absorption at the line center. When 1/<ΩΩc d , the three-photon absorption process dominates over the one-photon absorption process; With the increasing of the rate c d ΩΩ/, the one-photon process apparently enhanced. When 1/=ΩΩc d , the contributions from the two processes are almost equivalent, it shows clearly that the three-photon absorption process and the one-photon absorption process give the equivalent contributions to the total absorption at the line center. When 1/>ΩΩc d , the one-photon absorption process becomes much more important, it dominates over the three-photon absorption process, where 2/4/=ΩΩc d ). And with the larger rate 1/5/=ΩΩc d , the contribution from the three-photon process to the absorption at the line center becomes very small, it is the one-photon process that mainly responsible for the whole absorption. From above analysis we can see that not in all cases that the one-photon absorption be completely suppressed due to the destructive interference. Only under the conditions that the Rabi frequency ratio c d ΩΩ/ is small that the one-photon process be suppressed; With the larger ratio of c d ΩΩ/, the one-photon process becomes apparent and important, it exhibits its important contribution to the total absorption at the line center, and no longer can be neglected. We explained the above phenomenon by the quantum interference mechanism in the dressed-state picture. Key words: Absorption Coherent relaxation rate Quantum jump

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