
【化】 bound electron
manacle; restrain; bind up; hold in leash; shackle; stranglehold; tie down
yoke; bondage
【机】 bind; binding
electron
【化】 electron
【医】 e.; electron
束缚电子(Bound Electron)是指原子或分子中受原子核库仑力紧密束缚的电子,其能量状态处于量子化的能级中,无法自由移动。该术语对应英文"bound electron",区别于可自由移动的"free electron"(自由电子)。根据量子力学理论,束缚电子的波函数具有局域化特征,其空间分布由薛定谔方程解确定。
在材料科学领域,束缚电子主要存在于:
根据能带理论,束缚电子占据价带(valence band),其激发需要克服禁带宽度(band gap)。这一特性直接影响材料的导电性,例如绝缘体的禁带宽度通常超过5 eV。实验观测表明,束缚电子的跃迁会产生特征X射线谱线,其频率满足莫塞莱定律:
$$
sqrt{ u} = k(Z-sigma)
$$
其中Z为原子序数,σ为屏蔽常数。该公式被收录于国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)光谱学标准中。
理论物理学家David J. Griffiths在其著作《量子力学导论》中指出,束缚电子的束缚能可通过求解库仑势场下的薛定谔方程精确计算,其本征态对应氢原子模型的巴尔末公式。诺贝尔物理学奖得主Philip W. Anderson在《凝聚态物理基本概念》中强调,束缚电子与自由电子的相互作用是理解金属-绝缘体转变的关键机制。
(来源说明:
束缚电子是指原子或分子中被原子核或其他电子束缚的电子,其运动范围和能量状态受到限制。以下是详细解释:
定义与存在形式
束缚电子无法脱离原子核的束缚,通常围绕原子核运动或在特定轨道上存在。它们常见于绝缘体和半导体中,与自由电子形成对比(自由电子可脱离原子核自由移动)。
运动特性
受量子力学限制,束缚电子的能量状态是离散的,只能在特定能级或轨道上运动,无法长距离迁移。例如,在电介质极化时,束缚电子仅能在原子周围有限范围内移动。
对材料性质的影响
束缚电子的能级结构直接影响材料的导电性、光学特性等。例如,绝缘体中束缚电子占比高,难以导电;半导体中通过外部能量(如光照)可部分释放束缚电子,实现导电性变化。
与自由电子的区别
总结来看,束缚电子是物质微观结构中的基础概念,其受限的运动状态是理解材料宏观性质(如导电性、介电性)的关键。
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