电子-空穴对

什么是电子-空穴对呢？就是两个带负电荷的原子核束缚一个带正电荷的电子，形成稳定的原子，这种物质称为离子化合物。比如氧气，氢气，氯气等都属于离子化合物。如果将两个空心原子和一个电子装入一个容器内，会形成不稳定的原子或分子，那就是电子-空穴对，也叫做束缚态。科学家已经证实，当元素电子数与最外层轨道电子数相等时，这种原子状态是稳定的。当它们的电子数大于轨道电子数时，电子就会被从原子中挤出来，而占有轨道上的空位，这样的过程就是所谓的“电子-空穴对”。在一般情况下，一个原子最多只能有一个电子和一个空穴。但当轨道上的电子增加或减少时，就会使这些粒子之间形成一种新的配对关系。

科学家发现，具有高度离子化倾向的元素所形成的原子，如果能将其电子全部或几乎全部俘获在原子核上，而将空穴留在轨道上，这样就形成了一个自由电子-空穴对，它是一种良好的离子化态。因此，可以根据离子化合物的实验数据，结合理论计算，估算各种离子化合物中的空穴浓度，再用X射线衍射技术测定各元素电子壳层中空穴的空间分布，最后就能确定该元素是否存在空穴化合物。因此，离子化合物和同位素都是鉴别元素存在状态的重要标志。现在，人们通常把这种具有特殊性质的自由电子-空穴对称为束缚态。我们所熟悉的同位素主要是指自然界中元素形成的自由电子-空穴对。

在古代，人们并不知道自己在找什么，但知道哪里有稀土元素。比如说，他们知道钇、镧、铈等稀土元素的地方一定有铁、铜和钴等

- 1 -

金属。其实，他们找的就是这些含有较丰富的空穴和自由电子的离子化合物。但是，随着科学的进步，人们越来越清楚的知道了电子和空穴的作用，于是，到了20世纪30年代，人们终于开始将稀土元素定位为“镧系元素”，这样，就可以依靠数量去鉴别稀土元素。 在19世纪初，人们就知道镧、铈等是含有较丰富的空穴和自由电子的离子化合物，但直到1898年，有人在钇中发现了自由电子，才认识到这些金属离子的电子壳层内也存在空穴，从而证实了铈的存在，也证明了它的确是一种典型的电子-空穴对。在1909年，发现了钍，也是以同样的方法来定位钍的。就这样，到了1931年，人们才弄清楚，在所有元素的原子核内都存在着这样的一对粒子。

- 2 -