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第四章 第二节 第1课时
原子结构
原子结构
思考：从图片中可知，原子由哪些微粒构成？带电情况如何？原子的质量主要集中在哪里？原子序数、核电荷数、质子数、中子数、质量数、核外电子数之间有怎样的关系？
质子
中子
原子
原子核
核外电子
电荷 实际质量
质子
中子
电子
+1
不带电
-1
1.673×10-27kg
1.675×10-27kg
9.109×10-31kg
（核电荷数：即原子核所带的电荷数）
原子的质量主要集中在原子核上
原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数
质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)
（质量数：原子核中质子数和中子数之和）
原子结构
化学符号各种角标的意义
X
质量数A
质子数Z
化合价
±a
b±离子符号
c原子个数
核素符号 核电荷数 质子数 中子数 电子数
10 12
11
8
8
10
10
11
12
8
10
12
思考：某元素R原子的质量数为A，它的离子Rn-核外有x个电子，则该元素原子核内的中子数是多少？
A. A-x B. A-n-x
C. A+n-x D. A+n+x
原子结构探索历程
历程1
古代思想家关于物质构成的观点
德谟克利特
（约公元前400年）
认为物质是由极小的、不可分割的被称为“原子”的微粒构成
墨子
（约公元前400年）
认为物质分割是由条件的，“非半弗斫则不动，说在端”。这种“端”就是不能被分割的部分。
哲学思辨
缺乏科学实证
原子结构探索历程
历程2
道尔顿原子论
道尔顿
（1766~1844)
19世纪初，英国化学家和物理学家道尔顿根据实验结果，提出了原子论。其主要内容包括：
1.元素是由不可再分的极小微粒构成，这种微粒成为原子。原子在一切化学变化中保持其不可再分性。
2.同一元素的原子在质量和性质上都相同，不同元素的原子在质量和性质上都不同
3.不同元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合
科学实证
原子模型：实心球体
原子结构探索历程
阴极射线的“挑战”
1858年德国物理学家普吕克尔发现了阴极射线。1897年汤姆生用阴极射线管重复阴极射线实验。在阴阳两极加上电压，阴极会产生阴极射线。当对阴极射线施加电场后，阴极射线发生偏转。从而证明阴极射线是一种带电粒子。经过一系列的实验后，汤姆孙提出：
1.带负电的粒子是构成各种物质的共有成分
2.该粒子所带电荷的大小与氢离子大致相同，这种带负电的粒子即为电子。
电子的发现，表明了原子不是实心小球，还可以再分
原子结构探索历程
历程3
汤姆孙葡萄干面包模型
根据原子是电中性的事实，促使汤姆孙提出了葡萄干面包原子模型。他认为原子中的正电荷是均匀地分布在整个原子的球体内，电子则均匀地嵌在其中。该原子模型说明原子是有结构的，打破了原子不可再分的论点。
汤姆生
（1856~1940）
（1903年）
原子结构探索历程
“意外跑偏”的α粒子——α粒子散射实验
α射线：卢瑟福1898年发现铀和铀的化合物能所发出的一种射线——α射线。α射线亦称α粒子束，是高速运动的氦原子核。α射线带两个单位的正电荷。
他用α射线轰击金箔，以此来证明汤姆孙的原子模型是正确的。根据汤姆孙的葡萄干面包模型，α粒子应全部穿过金箔。
金箔
α粒子（带正电荷）
汤姆生的原子结构模型无法解释！
1. 绝大多数α粒子都直接穿过，没有发生任何偏转。
2. 有少量α粒子发生稍微的偏转。
3. 有非常少的α粒子沿着来的方向被弹回。
实验现象
1. 原子大部分是空的。
实验结论
2. 原子内存在带正电荷的核，且质量主要集中在原子核里。
原子结构探索历程
“意外跑偏”的α粒子——α粒子散射实验
原子是由体积极微小、质量很集中的、带正电荷的原子核，以及在原子核周围空间做高速运动的带负电荷的电子构成的。
有核模型的提出，标志着对原子结构的认识进入了新阶段，为以后原子结构的现代模型奠定了基础。
历程4
卢瑟福原子有核模型
卢瑟福
（1871-1937）
（1911年）
原子结构探索历程
在模型提出后不久，就遭到了严重的质疑
原子结构探索历程
会“跳跃”的电子
玻尔的疑惑： 依据卢瑟福的原子模型，带电粒子有加速度时辐射能量，电子轨道半径会连续缩小，电子轨道连续缩小，其运动频率连续变化，光谱应是连续的。
历程5
玻尔模型
连续的光谱
氢原子光谱（线状谱）
原子结构探索历程
会“跳跃”的电子
玻尔研究发现，氢原子光谱不连续的现象，通过实验并引入量子论观点，解决了卢瑟福核式结构模型不稳定的问题，提出了一个全新的原子结构模型。
玻尔认为，电子是在一个特定的距离围绕原子核运动，而且有着特定的轨道
玻尔
（1885~1962）
历程5
玻尔模型
（1913年）
原子结构探索历程
约公元前400年
古代思想家关于物质构成的观点
1897年
发现电子
1911年
卢瑟福原子结构有核模型
1803年
道尔顿原子论
1903年
汤姆孙葡萄干面包模型
1913年
玻尔模型
1919年
发现质子
1932年
发现中子
到此就是我们对于原子结构认知的终点了吗？
原子结构探索历程
历程6
现代原子结构理论：电子云模型
　　1926年，奥地利物理学家薛定谔在德布罗意、海森堡、泡利等人研究的基础上，提出了原子核外的电子排布的新模型——电子云模型，并提出了著名的薛定谔方程式。
现代原子结构理论认为：电子在原子核外很小的空间内做高速运动，其运行没有固定的规律。用小黑点的疏密来表示单位体积内电子出现几率。
道尔顿原子模型：实心球
阴极射线实验
汤姆生原子模型：葡萄干面包
α粒子散射实验
原子光谱分析
卢瑟福原子模型：行星模型
玻尔原子模型：量子化轨道
技术发展
原子结构认识发展
电子云模型
原子结构探索历程
科学家探索原子结构的一般方法
原有模型
技术发展
创造性的设计实验
创造性地提出新理论
宏观类别
建构新模型
模型应用
原子结构探索历程
科学研究永远在不断否定、不断肯定中波浪式前进。保持你的好奇心、求知欲，在继承前人的同时，具有敏锐的洞察力，善于根据新的实验证据去修正原来的理论，开辟出一片新的领域。
人类在认识自然的过程中，经历了无数的艰辛，正是因为有了无数的探索者，才使人类对事物的认识一步步走向深入，也越来越接近事物的本质。
展望原子结构探索的未来
人们对“无穷小”的追求
1964年，美国物理学家默里·盖尔曼提出了夸克模型
1967年，弗里德曼等人证明了夸克的存在
2015 年LHCb 实验组发现了由五个夸克组成的新型粒子
单个夸克在哪里？
展望原子结构探索的未来
IBM：小男孩和他的原子
2013年IBM操纵原子拍摄了世界上最小的电影——《一个男孩和他的原子》（A Boy and His Atom）。影片只有1分34秒，讲述了一个男孩和原子玩耍的故事，是一部定格动画。影片在零下268摄氏度的环境里，用重达2吨的显微镜操纵一氧化碳原子拍摄，可能也是世界上拍摄温度最低，和拍摄器材最重的影片。
展望原子结构探索的未来
2020年6月3日，顶级期刊《自然》杂志在线发表了题为《它开辟了一个全新的宇宙：革命性的显微镜技术首次看到单个原子》，这是人类首次看到了单个的原子，也是冷冻电镜技术又一次革命性的发现。
原子结构探索的最新进展

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