材料科学与工程专业(第四版)英语翻译(1,2,3,5,6,7单元)(8)

A ≌ Z + N(2.1)

元素的原子量或化合物的分子量可以用每个原子或分子的原子质量或每摩尔材料的质量来表示。一摩尔物质有6.023×1023个原子或分子（阿弗加德罗常数）。这两种原子量之间的关系为如下方程：

1amu/atom(or molecule)=1g/mol

例如铁的原子量为55.85amu/atom,或55.85g/mol。有时用1amu/atom(or molecule)比较方便。有时用g/mol（或kg/mol）则更好。本书用的是后者。

2.3 原子中的电子

原子模型

19世纪末期，人们发现在涉及到固体材料中的电子的许多试验现象的时候，无法用经典力学解释。支撑原子和亚原子这个物质世界的运动规律的就是后来人们建立的一系列的称之为量子力学的原理和法则。了解原子和晶体中电子的行为必然涉及到一些量子力学概念的讨论。可是详细地解释量子力学原理已经超出了本教材的范围。这里只做一些肤浅的，简要的介绍。

在量子力学的诞生初期，出现了简化的波尔原子模型，波尔原子模型假设电子在它们各自的固定轨道上围绕原子核运行，任何电子都或多或少的固定在各自的轨道上。该原子模型图2.1所示。

量子力学的另外一个重要原理是电子的能量是量子化的，既能量值不连续，只能为某特定的值。电子的能量可以改变，能量改变时必须发生量子跃迁，要么到更高能级（吸收能量）要么到更低的能级（放出能量）。把电子能量与能级或能态联系起来考虑是方便的。这些能态不是连续改变的，即相邻的能级被一定能量隔开。例如，波尔氢原子的允许能态为图2.2a所示。这些能量都为负数，能量为零是非电子填充时的参比状态。当然，氢原子中的一个电子只能填充一个能级状态。

因此、波尔模型代表了人们早期按照位置（电子轨道）和能量（量子化的能级）来描述原子中的电子的一种尝试。

人们发现用波尔原子模型解释涉及电子的一些物理现象仍然具有局限性。后来通过波动力学原子模型成功解决了这一问题。在波动力学模型中，电子呈现波动和粒子两像性。电子的运动不再是在固定的轨道上，位置被认为是电子在原子核外各位置上出现的概率。换句话说，位置通过概率分布和电子云描述。图2.3 比较了波尔和波动力学的氢原子模型。本教材这两种理论都在使用，选择哪一种取决于更能够简单的说明问题。

量子数

原子中的每个电子可以用波动力学中的四个参数即量子数描述。电子概率密度的大小，形状和空间取向均由该量子数中的三个量子数决定。而且波尔能级可以分裂成能级，量子数给出了每一个次能级层的数量。主量子数n为整数，从1开始，分别可以取n=1,2,3,4,5,?；有时这些能级也可以用字母K,L,M,N,O等分别表示n=1,2,3,4,5,?时的状态，如表2.1所示。注意只有这个主量子数与波尔模型有联系。主量子数的大小与电子距核远近即位置有关，n愈大，能级愈高。

第二个量子数l表示次能级，分别用小写字母s，p，d，f来表示次能级电子云的形状。此外，次能级上的次量子数要受到主量子数n大小的限制。表2.1分别列出了在几个主量子数下允许存在的次量子数。对于次能级的能态数由第三个量子数ml决定。处于s状态的电子，只有一个能级态，而对于p，d，f次能级上的电子，则分别有3，5，7种能级状态存在。

电子除绕核运动外还有自旋运动，方向有向上或向下两种。第四个量子数自旋量子数ms用来确

定电子的自旋方向，只能取1／2或－1／2，每个值表示一种方向。

因此，波尔模型被波动力学模型进一步精细化，波动力学引入了三个新量子数来描述每个能级的电子次能级态。图2.2a和2.2b是氢原子的这两种模型的比较。

图2.4是用波动力学模型描述的一个完整的各主能级和次能级的能级图。图的几个特征值得注意。首先，主量子数越小，能级越低，例如，1s能级小于2s能级，2s能级小于3s能级。其次，在