【科普+扯淡】氮号小讲堂——原子结构与元素周期律

1、一些基本概念
元素
我们将具有一定核电荷数的原子称为元素，按照原子的核电荷数进行排序，所得序号被称为原子序数。每一种元素都有一个用拉丁字母表达的元素符号（注意是拉丁文。。。）
核素与同位素
具有一定质子数和中子数的原子称为一种核素。核素分为两种：稳定和放射性。放射性核素会自动放出某些粒子转变为另一种核素。只有一种核素的元素称为单核素元素，反之为多元素核素
表示一种核素时，在元素符号的左下角书写核素的质子数，左上角书写核素的质量数（质子数与中子数之和），称为核素符号
不同的核素具有相同的质子数，也就是只有中子数不同，属于同一种元素，我们称它们互为同位素（特别地，表示H元素的三种同位素氕氘氚时，通常使用H、D和T）
某元素的天然同位素占的质量百分比称为该同位素的同位素丰度，例如O16的同位素丰度为99.76%，代表所有O元素中，O16质量占99.76%
相对原子质量
这里没什么好说的，我只能说是学过就不废话，只是元素周期表上元素的相对质量是用所有的同位素取了加权平均数，这就是为什么会有小数的缘故

接下来的部分如果没有接触过量子力学的话难度相当大，但非常重要。。。
玻尔的原子“行星”模型
(1)行星模型
玻尔总结了前任以及当时新的物理学发现，提出了假设：原子核外电子在一定的线性轨道上绕核运行，正类比与行星绕太阳的运行模式。
(2)定态假设
玻尔假定，电子在绕核运动时，具有一定的能量，并且不会向外辐射能量，这种状态被称为定态。能量最低的态叫做基态，高于基态的为激发态。（该假设虽然只是假设，但从最基本上为以后的研究打下了基础，并且依据目前的研究，仍然是正确的）
(3)量子化条件
这是最重要的假设
玻尔假定，原子核外电子轨道并不连续或是任取，而是分立的各个轨道。在轨道上运行的电子具有一定的角动量（你可以简单的理解为轨道的能量级或是半径，越靠外能量越高），只能按照一下式子取值（见图）
式中的n是一个正整数，我们称它为量子数（后来我们称它为“主量子数”，后面的h和pai都是常数，也就是说角动量只由量子数决定。其实这个n就是初中化学中的“电子层”）n取不同值时分别代表电子处在不同轨道
以上假设被称为量子化的条件
(4)跃迁规则
可以根据某个公式计算，当电子由某个轨道跃迁进入另一个轨道时，会吸收或放出等于两个轨道能量差的能量，以电磁波形式

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2、氢原子核外电子的量子力学模型
这里说氢原子，只是因为氢原子结构简单（一个质子一个电子），没有电子之间的互相影响，所以以氢原子为基础提出一些理论与概念
(1)波粒二象性
光究竟是电磁波还是粒子在20世纪初的物理学界已经成为了两朵黑云的一朵，有的物理学家认为光本质是一种电磁波，光强（能量密度）与大部分波一样，与振幅有直接关系；另外的物理学家认为光是粒子流，由被称为光子的粒子构成，能量密度与光子携带的能量与光子粒子数密度成正比。
后来，针对于爱因斯坦与赫兹对于光电效应的结论以及对于普朗克理论的研究，物理学家提出了波粒二象性，即光具有波传播的性质，也具有粒子能量不连续（即由很多能量单位构成）的特点，这也是量子力学的开端
(2)德布罗意的大胆假设
德布罗意在他的博士论文中大胆提出实物粒子也具有类似于光的波粒二象性，通过计算得知，宏观物体运动时的波长过短，可以忽略不计。但是微观粒子（例如电子）在传播的时候会体现出波动性
(3)海森堡不确定性原理
海森堡在新的量子模型上建立了它们的运动规律模型，它们具有一定的概率波影响而使得它们在运动时不具有确定的轨迹，而是在每一个时刻仅仅是由于概率而出现在了某个位置，所以他提出了不确定关系式，物体坐标与运动状态不可同时确定，误差处于普朗克常量的数量级

(4)原子的量子力学模型
由于不确定性原理，电子并不是如同玻尔的假设简单的在某个固定轨道上运行，而是一种德布罗意波。然而对于一个粒子，粒子数密度代表什么呢？量子力学明确指出，rou代表粒子在某一空间中出现的概率密度。由此，我们可以绘制出电子在原子核周围运动的函数图像，也就是一个黑团（......），我们称它为电子云。每一个黑点代表电子在这里出现的一次概率，概率密度越大，黑点越密集（注意电子云表示的是一个电子的情况！

关于电子排布，下次再说吧