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化學
化學是一門研究物質的性質、組成、結構、以及变化规律的基礎自然科學。化學研究的對象涉及物質之間的相互關係,或物質和能量之間的關聯。傳統的化學常常都是關於兩種物質接觸、變化,即化學反應,又或者是一種物質變成另一種物質的過程。這些變化有時會需要使用電磁波,當中電磁波負責激發化學作用。不過有時化學都不一定要關於物質之間的反應。光譜學研究物質與光之間的關係,而這些關係並不涉及化學反應。准确的说,化学的研究范围是包括分子、离子、原子、原子团在内的核-电子体系。 「化學」一詞,若單從字面解釋就是「變化的學問」之意。化学主要研究的是化学物质互相作用的科学。化學如同物理皆為自然科學之基礎科學。很多人稱化學為「中心科學」,因為化學為部分科學學門的核心,連接物理概念及其他科學,如材料科學、纳米技术、生物化學等。 研究化學的學者稱為化學家。在化學家的概念中一切物質都是由原子或比原子更細小的物質組成,如電子、中子和質子。但化学反应都是以原子或原子团为最小结构进行的。若干原子通过某种方式结合起来可构成更复杂的结构,例如分子、離子或者晶體。 當代的化學已發展出許多不同的學門,通常每一位化學家只專精於其中一、兩門。在中學課程中的化學,化學家稱為普通化學(Allgemeine Chemie,General Chemistry,Chimie Générale)。普通化學是化學的導論。普通化學課程提供初學者入門簡單的概念,相較於專業學門領域而言,並不甚深入和精確,但普通化學提供化學家直觀、圖像化的思維方式。即使是專業化學家,仍用這些簡單概念來解釋和思考一些複雜的知識。.
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分子轨道
分子軌域(Molecular orbital, MO)是化學中用以描述分子中電子的波動特性的函數。這個函數可以計算出化學和物理性質,例如在任意一個特定區域找到電子的機率。「軌域」一詞由羅伯特·桑德森·馬利肯於1932年提出,為「單電子軌域波函數」(one-electron orbital wave function)的簡稱。從基本層面上來說,它用於描述該函數具有顯著振幅的空間區域。分子軌域通常由分子中的個別原子提供的原子軌域、混成軌域,或者其他原子團的分子軌域結合而成。這些可以由哈特里-福克方程或自洽场方法(SCF)量化計算。 分子軌域可以用來表示分子中佔有該軌域的電子可能出現的區域。分子軌域由原子軌域結合而成,其中原子軌域預測了原子中電子的位置。分子軌域可以具體說明分子的电子排布:一個或一對電子的空間分佈和它(們)的能量。分子軌域通常會以原子軌域線性組合(LCAO-MO法)表示,尤其是在進行定性或近似分析的時候。它們的寶貴之處在於對分子鍵結提供了簡單的模型,使之能透過分子軌域理論了解。現今大多數用於計算化學的方法由計算系統的MO開始。分子軌域描述一個電子在原子核產生的電場中的表現,以及與其他電子的平均分佈。根據包立不相容原理,兩個電子佔據相同軌域時,必須具有相反的自旋。這注定只是一個近似值,能夠高度精準描述的分子電子波函數並沒有軌域(參:組態相互作用方法)。 该概念首先由弗里德里希·洪德和罗伯特·桑德森·马利肯在1927-1928年引入。 电子在分子中的空间运动状态可以用分子轨道波函数(ψ,薛定谔方程的数学解)描述,借助Hartree-Fock方程或自洽场方法可对其作定量近似。 定性上看,分子轨道由原子轨道线性组合(LCAO-MO法)获得,组合后的分子轨道数目与组合前的原子轨道数目相等,經過鍵結與反鍵結的作用後,分子軌域能量高低重新排列。 -->.
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电子云
电子云是物理学中原子结构-电子云模型所衍生的一个概念,意在以几率描述电子的方位,而非像先前的轨道模型来描述电子运动的轨迹。 电子在原子核外很小的空间内作高速运动,其运动规律跟一般物体不同,它没有明确的-zh-hans:轨道; zh-hant:軌道;-。根据量子力学中的测不准原理,我们不可能同时准确地测定出电子在某一时刻所处的位置和运动速度,也不能描画出它的运动轨迹。因此,人们常用一种能够表示电子在一定时间内在核外空间各处出现机会的模型来描述电子在核外的的运动。在这个模型中,某个点附近的密度表示电子在该处出现的机会的大小。密度大的地方,表明电子在核外空间单位体积内出现的机会多;反之,则表明电子出现的机会少。由于这个模型很像在原子核外有一层疏密不等的“云”,所以,人们形象地称之为“电子云”。 电子云对应的是原子电子轨道,是解薛定谔方程的结果。 薛定谔方程的解称为“波函数”,又称“轨道”,表示的是电子在该空间范围出现的概率,而不应该理解为电子在空间中的运动轨迹。 其中有四個量子數: 主量子数n n.
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D軌域
由上而下為3d、4d、5d、6d軌域的立體模型 在化學與原子物理學中,d軌域(d orbital)是一種原子軌域,其角量子數為2,磁量子數可以為0、±1、±2,且每個殼層裡有五個d軌域,共可容下10個電子。 d軌域是很常見的軌域,大部分的過渡金屬的價軌域都是d軌域,在同一個主量子數中,d軌域是能量第三低的軌域,比s軌域與p軌域來的高,由於能階交錯,若以週期的角度來看,第4、5週期中,在價殼層中的d軌域能量很低,僅次於同一個價殼層中的s軌域。但第六週期出現能量更低的f軌域。 另外,d軌域可以和s軌域與p軌域發生混成形成dsp混成軌域。.
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鈾
鈾(Uranium)是一種銀白色金屬化學元素,屬於元素週期表中的錒系,化學符號為U,原子序為92。每個鈾原子有92個質子和92個電子,其中6個為價電子。鈾具有微放射性,其同位素都不稳定,并以鈾-238(146個中子)和鈾-235(143個中子)最为常见。鈾在天然放射性核素中原子量第二高,仅次于钚。其密度比鉛高出大約70%,比金和鎢低。天然的泥土、岩石和水中含有百萬分之一至百萬分之十左右的鈾。採礦工業從瀝青鈾礦等礦物中提取出鈾元素。 自然界中的鈾以三种同位素的形式存在:鈾-238(99.2739至99.2752%)、鈾-235(0.7198至0.7202%)、和微量的鈾-234(0.0050至0.0059%)。鈾在衰變的時候釋放出α粒子。鈾-238的半衰期為44.7億年,鈾-235的則為7.04億年,因此它们被用于估算地球的年齡。 鈾獨特的核子特性有很大的實用價值。鈾-235是唯一自发裂變的同位素。鈾-238在快速中子撞擊下能夠裂變,屬於增殖性材料,即能在核反應爐中經核嬗變成為可裂變的鈈-239。鈾-233也是一種用於核科技的可裂變同位素,可從自然釷元素製成。鈾-238自發裂變的機率极低,快中子撞擊可诱导其裂變;鈾-235和233可被慢中子撞击而裂变,如果其质量超过临界质量,就都能夠維持核連鎖反應,在核反应过程中的微小质量损失会转化成巨大的能量。这一特性使它们可用于生产核裂变武器与核能发电。耗尽后的鈾-235发电原料被称为貧鈾(含238U),可用做钢材添加剂,製造贫铀弹和裝甲。.
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F軌域
在化學與原子物理學中,f軌域(f orbital)是一種原子軌域,其角量子數為3,其磁量子數可以為0、±1、±2、±3,且每個殼層裡中有七個f軌域,fz3、fxz2、fyz2、fxyz、fz(x2-y2)、fx(x2-3y2)、fy(3x2-y2),有三種形狀,且方向不同,每個可以容納2個電子,因此,f軌域共可以容納14個電子。 f軌域是錒系元素和鑭系元素的價軌域,較不常見,只從第6周期開始出現,由於能階交錯,第六週期s軌域填滿後就直接先填f軌域了。.
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P軌域
由左而右為2p、3p、4p、5p、6p軌域的立體模型 在化學與原子物理學中,p軌域(p orbital)是一種原子軌域,其角量子數為1,其磁量子數可以為-1、0或+1,且每個殼層裡中有三個p軌域,Px、Py、Pz,形狀皆相同但方向不同,每個可以容納2個電子,因此,p軌域共可以容納6個電子。 p軌域是一個很穩定的軌域,其穩定性僅次於s軌域,為能量第二低的軌域,另外由於能階交錯,若以週期的角度來看,p軌域是能量最高的軌域,也是最後填滿的軌域,其電子出現機率密度的形象是啞鈴形,呈線性對稱,換句話說,p軌域是一個雙啞鈴形或吊鐘形的軌域。.
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S軌域
在化學與原子物理學中,s軌域(s orbital)是一種原子軌域,其角量子數為0,磁量子數也為0,且每個殼層裡只有一個s軌域。 s軌域是最穩定的軌域,s軌道是圍繞原子核旋轉的電子軌道中最靠近原子核或內殼層的一層軌道,包含兩個電子,具有最低的能量,其電子出現密度的形狀是球狀對稱的,換句話說,s軌域是一個球形的軌域。 可相互形成σ軌域,但無法形成π軌域 7s軌域有相對論效應 鑭系收縮會導致6s後的s軌域之能量和大小降低.
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