1、人类对原子结构的认识中国微雕艺术中国微雕艺术原子操控原子操控公元前公元前5世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为世纪，希腊哲学家德谟克利特等人认为：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子。原子的结合和分离是万物变化的根本原因原子的结合和分离是万物变化的根本原因1803 道尔顿（英）道尔顿（英）原子实模型原子实模型化学原子论：化学原子论：1、物质都是由不可分割的粒子即原子构成物质都是由不可分割的粒子即原子构成2、原子是化学变化中的最小单位，在化学反应中，原子、原子是化学变化中的最小单位，在化学反应中，原子 仅仅是重新排列，而不会被创造或消失仅仅是重新排
2、列，而不会被创造或消失3、同种元素的原子完全相同，不同元素的原子主要表现、同种元素的原子完全相同，不同元素的原子主要表现 为质量的不同。为质量的不同。科学想象：比拼汤姆生科学想象：比拼汤姆生 原子内部确实有带负电荷的电子存在，那原子原子内部确实有带负电荷的电子存在，那原子还是如道尔顿所言的那样，是不可分割的实心还是如道尔顿所言的那样，是不可分割的实心球体吗？请与汤姆生一起想象、推理。球体吗？请与汤姆生一起想象、推理。实验现象实验现象实验推导实验推导射线粒子在电场中向正极偏射线粒子在电场中向正极偏转转电荷电荷/质量的比值很大质量的比值很大(质量质量不及氢原子的千分之一）不及氢原子的千分之一）多次
3、更换材料，粒子性质相多次更换材料，粒子性质相同同带负电的粒子组成带负电的粒子组成该粒子质量非常小该粒子质量非常小原子内的一种基本粒子原子内的一种基本粒子18971897年年 汤姆生阴极射线实验事实汤姆生阴极射线实验事实（阴极射线：从低压气体放电管阴极放出的粒子流）（阴极射线：从低压气体放电管阴极放出的粒子流）原子是一个平均分布着正电荷的原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了电荷，从而形成了中性原子。和了电荷，从而形成了中性原子。“葡萄干面包式葡萄干面包式”模型模型情景剧表演情景剧表演时间地点：时间地点：19091909年的一个下午年的一个下午
4、曼切斯特大学曼切斯特大学人物：人物：汉斯盖革汉斯盖革 马斯登马斯登情景对话：情景对话：盖革盖革:我们每天在数屏幕上微小的几乎是无形的闪烁点，可真我们每天在数屏幕上微小的几乎是无形的闪烁点，可真累呀！累呀！马斯登：马斯登：对啊，都几个星期过去了，对啊，都几个星期过去了，粒子不都是不改变方粒子不都是不改变方向直接穿过吗？向直接穿过吗？合：合：哎，我们的眼睛都快不行了！（静止哎，我们的眼睛都快不行了！（静止3 3秒）秒）盖革：盖革：呀！快看！有呀！快看！有粒子改变方向了，而且角度还很大呢！粒子改变方向了，而且角度还很大呢！马斯登：马斯登：My god!My god!还有被反方向折回的呢！还有被反方向
5、折回的呢！卢瑟福和他的学生们设计了利卢瑟福和他的学生们设计了利用镭等放射性元素产生的带正用镭等放射性元素产生的带正电的电的粒子轰击金箔实验粒子轰击金箔实验分析现象、大胆质疑、合理建模分析现象、大胆质疑、合理建模绝大多数绝大多数粒子穿过金箔时不改变行进的方向粒子穿过金箔时不改变行进的方向少数少数粒子产生偏转，粒子产生偏转，极少数的极少数的粒子被反方向折回粒子被反方向折回。引导讨论：引导讨论：大部分大部分粒子穿过金箔后仍沿原方向粒子穿过金箔后仍沿原方向前进，这现象说明了什么？前进，这现象说明了什么？大角度散射是因为撞击到电子吗？大角度散射是因为撞击到电子吗？极少数极少数粒子几乎被反方向折回，这粒子
6、几乎被反方向折回，这可能是什么原因造成的？可能是什么原因造成的？卢瑟福（英）卢瑟福（英）E.Rutherford(1871-1937)含核原子模型：含核原子模型：（1）每一个原子都有一个体积极小、极密实的核）每一个原子都有一个体积极小、极密实的核（2）原子核占有全部正电荷和几乎全部的原子质量）原子核占有全部正电荷和几乎全部的原子质量（3）原子核被一个体积很大的几乎什么也没有的空）原子核被一个体积很大的几乎什么也没有的空 间包围着间包围着（4）原子核外的空间里极稀疏地散布着电子，其总）原子核外的空间里极稀疏地散布着电子，其总 电荷数恰好与原子核中的正电荷数相等电荷数恰好与原子核中的正电荷数相等（
7、5）电子绕核作高速运动，如同行星绕太阳转）电子绕核作高速运动，如同行星绕太阳转难解之谜：难解之谜：当电子围绕原子核运转时，它会因辐当电子围绕原子核运转时，它会因辐射电池波而失去能量，并因此最终会坠落到原子核射电池波而失去能量，并因此最终会坠落到原子核上，原子的结构应该也随之崩溃。上，原子的结构应该也随之崩溃。贡献：贡献：区分原子核和核外电子、核外空间区分原子核和核外电子、核外空间 卢瑟福的含核原子模型无法解释原子卢瑟福的含核原子模型无法解释原子的相对稳定性和线状光谱。的相对稳定性和线状光谱。卢瑟福含核行星模型卢瑟福含核行星模型【大胆质疑、科学推导大胆质疑、科学推导】化学、放射性和光谱学方面化学
8、、放射性和光谱学方面的实验事实的实验事实原有的原子结构模型原有的原子结构模型普朗克的量子理论等普朗克的量子理论等在原子中，电子不能沿着任意轨道绕核旋转，只能在原子中，电子不能沿着任意轨道绕核旋转，只能沿着符合一定条件（按量子论推导）的轨道旋转，沿着符合一定条件（按量子论推导）的轨道旋转，且在稳定轨道上运转时既不辐射、也不吸收能量。且在稳定轨道上运转时既不辐射、也不吸收能量。当电子从能量较高轨道跃迁到另一能量较低轨道时，当电子从能量较高轨道跃迁到另一能量较低轨道时，才有能量的吸收或放出。才有能量的吸收或放出。玻尔原子轨道模型玻尔原子轨道模型贡献贡献：很大程度上冲破了经典力学的束缚，解释：很大程度
9、上冲破了经典力学的束缚，解释了原子结构和光谱的关系。了原子结构和光谱的关系。19221922年诺贝尔年诺贝尔物理学奖物理学奖玻尔（玻尔（丹麦）丹麦）玻尔的原子轨道模型：玻尔的原子轨道模型：不足：不足：描述电子运动时没有完全脱离经典力学束描述电子运动时没有完全脱离经典力学束缚，在解释多电子原子的光谱线时有一定的困难缚，在解释多电子原子的光谱线时有一定的困难海森伯（德）海森伯（德）得布罗意（法）得布罗意（法）薛定谔（奥地利）薛定谔（奥地利）量子力学模型量子力学模型（核心为薛定谔方程）（核心为薛定谔方程）量子力学模型量子力学模型包括了玻尔的量子化能级概念包括了玻尔的量子化能级概念还说明了电子的能量，
10、如亚层和轨道数还说明了电子的能量，如亚层和轨道数因电子的质量极小、速度极快，其运动规律跟宏观因电子的质量极小、速度极快，其运动规律跟宏观物体运动规律截然不同；只能用统计的方法描述。物体运动规律截然不同；只能用统计的方法描述。电子云（氢原子）电子云（氢原子）对我们的启迪：对我们的启迪：课后作业：请写一篇科学小论文：课后作业：请写一篇科学小论文：谈谈学习原子结构模型的演变对你的触动，谈谈学习原子结构模型的演变对你的触动，查阅资料，了解查阅资料，了解“建模建模”在科学研究中的应用，写写在科学研究中的应用，写写你对你对“建模建模”这种科学方法的认识这种科学方法的认识（1 1）大胆想象、科学实验、合理推
11、导、建立模型）大胆想象、科学实验、合理推导、建立模型（2 2）继承、积累、突破和革命。）继承、积累、突破和革命。(3)(3)科学研究、科学发现是永无止境的。科学研究、科学发现是永无止境的。观察与思考观察与思考请写出氧化镁、氯化钠、氯化镁的化学式，请写出氧化镁、氯化钠、氯化镁的化学式，并标出化合价。并标出化合价。发现：元素的化合价与其最外层电子发现：元素的化合价与其最外层电子数目有一定的关系数目有一定的关系 。Na+118 12 Cl +178 72+1182Na+1788 2Cl-NaNa+ClCl-交流与讨论：交流与讨论：从氯化钠的形成过程和教材从氯化钠的形成过程和教材P29图图1-28氧化
12、镁氧化镁 的形成过程中，你会有什么发现？的形成过程中，你会有什么发现？结论：结论：、活泼金属、活泼金属(如如Na K Ca等等)：易失电子易失电子 活泼非金属活泼非金属（如（如Cl O S 等）：等）：易得电子易得电子3、元素的化合价与其在反应中得失电子的数目有一定的关系、元素的化合价与其在反应中得失电子的数目有一定的关系。2、在化学反应过程中，、在化学反应过程中，原子核原子核不发生变化，原子的不发生变化，原子的最外层电最外层电 子数子数会发生变化。会发生变化。“8电子稳电子稳定定结构结构”。元素元素化合价化合价原子最外层电原子最外层电子数目子数目失去（或得到）失去（或得到）电子的数目电子的数
13、目NaNa1 1MgMg2 2CaCa2 2O O6 6ClCl7 7F F7 7+1+1+2+2-2-2失去失去1 1个个失去失去2 2个个得到得到2 2个个得到得到1 1个个原子得失电子与化合价的联系原子得失电子与化合价的联系+2失去失去2个个-1得到得到1个个-1活泼金属：最高正价活泼金属：最高正价=最外层电子数（失去的电子数）最外层电子数（失去的电子数）非金属：负价非金属：负价=最外层电子数最外层电子数-8（得到的电子数）（得到的电子数）模型模型道尔顿道尔顿汤姆生汤姆生卢瑟福卢瑟福玻尔玻尔量子力量子力学学年代年代18031904191119131926依据依据元素化元素化合时的合时的质
14、量比质量比例关系例关系发现电发现电子子粒子散粒子散射射氢原子氢原子光谱等光谱等近代科近代科学实验学实验主要主要内容内容原子实原子实模型模型“葡萄干葡萄干面包式面包式”含核结含核结构模型构模型轨道式轨道式模型模型量子力量子力学模型学模型稀有气体元素原子电子层排布稀有气体元素原子电子层排布元素元素名称名称元素元素符号符号各电子层的电子数各电子层的电子数K1L2M3N4O5P6最外层电子数最外层电子数氦氦He22氖氖Ne288氩氩Ar2888氪氪Kr281888氙氙Xe28181888氡氡Rn2818321888稀有气体原子最外层都达到了稀有气体原子最外层都达到了8个电子（第一层为个电子（第一层为2
15、）稳定状态稳定状态葡萄干面包模型电子电子带正电荷带正电荷的物质的物质 玻尔原子轨道玻尔原子轨道模型模型 电子的波粒二象性 玻尔原子模型玻尔原子模型（又称（又称轨轨道道模型）：当原子只有模型）：当原子只有一个电子一个电子时，电子沿时，电子沿特特定球形轨道定球形轨道运转；当原运转；当原子有子有多个电子多个电子时，它们时，它们将分布将分布在多个球壳中绕在多个球壳中绕核运动核运动。不同的电子运转轨道是不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨具有一定级差的稳定轨道。道。现代科学家们在实验中发现，电子在原现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少，就像区域出现的次数少，就像“云雾云雾”笼罩笼罩在原子核周围。因而提出了在原子核周围。因而提出了“电子云模电子云模型型”。电子云电子云密度大密度大的地方，表明电子在核外的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多单位体积内出现的机会多，反之，出现，反之，出现的机会少。的机会少。电子云电子云 电子云模型电子云模型 卢瑟福的粒子轰击金箔实验推翻了汤姆森在1903年提出的原子结构模型，为建立现代原子理论打下了基础如图线条中，可能是粒子（带正电）在该实验中的运动轨迹的是（）AabcdBabcCbcdDad
