第431章 量子论引入化学!核外电子排布规律!布鲁斯教授是化学界的神!

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    自李奇维划分经典物理学和现代物理学后,物理学的发展更加璀璨。
    现代物理学的成果,甚至而且还辐射到其它学科。
    化学就是被影响最深的领域。
    劳厄利用晶体证明X射线是电磁波后,引发了化学领域的晶体研究狂潮。
    化学家们利用X射线,可以计算出晶体的结构参数,深入理解晶体的各种性质。
    索迪研究放射性,提出同位素的概念。
    接着,阿斯顿发明质谱仪,让化学家们可以轻松地分离同位素,对于元素的理解加深。
    李奇维的质子-中子模型虽然还未验证,但却可以完美解释元素周期表的排列规律。
    至此,化学家们对于元素的理解达到了巅峰。
    而今天,化学的终极秘密,元素为何性质各不相同,也即将被解决!
    一旦成功,那化学会进入一个全新的发展阶段。
    它代表人类可以从理论上,认识世界万物的组成和规律。
    为何有的元素活泼,有的元素稳定。
    在场的化学家们已然热血沸腾了!
    至于物理学家们,兴奋程度也是不遑多让。
    因为这代表物理学的又一巨大突破。
    物理的单个理论,甚至能决定化学的生死。
    而化学又对生物学、医学有着举足轻重的影响。
    换言之,今天的内容,必然会对整个科学界产生深远的影响。
    这是多么伟大的事情啊。
    在场的物理大佬们感觉到与有荣焉。
    此刻,所有人都望向演讲台上的那道身影。
    “布鲁斯教授,今天要成为元素之父了。”
    在众人的期待下,李奇维开口了。
    “我们知道,根据玻尔-李模型,现在的原子结构中,一共有三个量子数。”
    “分别是轨道数量量子数n,轨道形状量子数l,轨道方向量子数m。”
    “它们分别决定了电子轨道的大小、形状和方向。”
    “所以,原子模型就成为一个三维壳层结构。”
    “电子就在一层一层的壳层中绕着原子核运行。”
    “那么第一个问题就来了:每一层能容纳多少个电子呢?”
    “即原子在核外的排布是什么样的?”
    “这里,我提出一个理论。”
    “每一层的电子数量,取决于这一层有多少个电子轨道,也就是多少个能级。”
    “当n=1时,这是第一层壳层。”
    “此时的l和m只能取值为0。”
    “因为l的取值范围是(0、n-1),m的取值范围是(-l、l)。”
    “所以,第一层壳层只有一个能级(1、0、0)。”
    “以此类推:”
    “第二壳层有四个能级,分别是(2、0、0)、(2、1、0)、(2、1、1)、(2、1、﹣1)。”
    “第三壳层有9个能级,第四壳层有16个能级......”
    “如图所示,那么电子在这些壳层中的排列方式就是这样的:”
    “第一壳层有2个电子,第二壳层有8个电子,第三壳层有18个电子,第四壳层有32个电子。”
    “可以看到,每一个壳层的电子数量和该壳层的能级数量是2倍的关系。”
    “由这些数字构成的壳层都是闭合的电子壳层,只有这些闭合壳层外的电子才能参与化学反应。”
    “什么意思呢?举个例子。”
    “我们来看元素周期表中的惰性气体一栏。”
    “氦、氖、氩、氪、氙、氡。”
    “这些元素是已故的瑞利勋爵和拉姆齐教授,共同发现的伟大成果。”
    “在元素周期表中,它们的原子序数分别是2、10、18、36、54、86。”
    “它们之所以是惰性气体,不参与任何反应,是因为这些元素的最外层电子形成了闭合壳层。”
    “例如氦的原子序数是2,所以它有两个电子,这两个电子正好填满了第一个壳层。”
    “所以,氦的闭合壳层外就没有电子了。”
    “根据刚刚我的理论,只有闭合壳层外的电子才会参与反应。”
    “因此,氦没有多余的电子参与化学反应。”
    “以此类推,氖的原子核外有10个电子,所以第一个壳层依然是被填满的。”
    “剩下的8个电子,又正好填满了第二个壳层。”
    “第二壳层外依然没有多余的电子,所以也不能参与反应。”
    “另外的氩、氪、氙、氡也是同样的道理。”
    “氩(18):第一层2个电子,第二层8个电子,第三层8个电子,总计18个电子。”
    “氩的第三壳层虽然没有被填满,但是其电子数是8,仍然属于闭合壳层,所以不参与反应。”
    “
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