第四章物质结构-1.ppt
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1、第四章 物质结构简介,我们周围的世界存在着形形色色的 物质,不同的物质性质各不相同,但某些物质的 性质又有些相似。长期以来,人们为了知道物质的性质的内在原因进行了不断地探索,但只有当人们逐步揭示物质内部结构的奥秘时,才知道物质的性质与它内部的结构有关。显然,物质的性质(外部特征)是物质结构(内部特征)在各种条件下的体现。因此,要更好地掌握物质的性质及其变化规律,必须深入了解物质结构知识。 但内部结构太小,长期以来缺乏有效工具。(隧道扫描显微镜),1993年,中国科学院科学家通过移动单个 硅原子所写的世界上最小的“中国”二字。,这是中国科学家用一个个铁原子排列出的世界上最小的“原子”二字。,第一
2、节、原子结构模型 一、模型的演变,(1)所有物质都是由非常微小的,不可再分的实心球体即原子组成的; (2)同种物质的原子其质量、大小和形状都相同,不同元素的原子不同,主要表现为质量的不同; (3)原子不能被分割; (4)原子是元素参加化学变化的最小单位,在化学反应中,原子仅仅是重新排列,而不会被创造或消失。,1.道尔顿的原子学说-提出原子论 1803年,英国化学家道尔顿阐述了他的化学原子论。主要观点有:,2汤姆生的原子结构模型-发现电子(阴极射线,带负电荷),1897年,汤姆生证明假设原子带正电的部分像“流 体”一样均匀分布在球形的原子内,而负电子则嵌在球 体的某些固定位置。汤姆生认为,正电荷
3、均匀地分布在 原子之中,而电子就像是葡萄干面包中的葡萄干一样散 布在原子的正电荷之中,这就是原子结构的第一个模 型葡萄干面包式模型。 不久,他的学生卢瑟福的散射实验打破了这种模型。,3、汤姆生原子模型(1904年):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,中和了正电荷,从而形成中性原子。,汤姆生原子模型(1904年):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,中和了正电荷,从而形成中性原子。,3卢瑟福的原子结构模型-发现原子核结构 1911年,英国物理学家卢瑟福做了一系列实验:当用一束平行的a粒子轰击金箔时,发现绝大多数a粒子穿过金箔不改变行进方向,只有极少数的a粒子
4、产生偏转,其中个别的甚至反方向折回。大量实验发现绝大部分a粒子穿过金箔时不改变行进方向、第800010000个a粒子中才有一个大角度散射或反方向折回。根据a粒子散射实验,卢瑟福提出含核原子结构模型。他的主要观点是:,(1)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;,卢瑟福散射实验 (Rutherford Scattering Experiment),金箔 (gold foil),辐射放射源 (-source),显微镜 (microscope),硫化鋅屏幕 (zinc sulphide screen),http:/micro.magnet.fsu.
5、edu/electromag/java/rutherford/,散射实验的结果 (Experimental Results),绝大部份的粒子(-particles)都沿直线穿过金箔(gold foil)。 少量的-粒子会发生偏转(deflection)。 有个別的-粒子沿原路反弹。,http:/www.dac.neu.edu/physics/b.maheswaran/phy1121/data/ch07/anim/anim0701.htm,卢瑟福原子模型 (Rutherfords atomic model),整个原子大部份是空间(empty space)。 原子的所有正电荷(positive c
6、harge)和大部份的质量(mass)都集中在一个细小的中心,称为原子核(nucleus)。 原子核外,电子(electrons)围绕着原子核运转。,二、原子的构成:,质子(每个质子带一个单位正电荷) 原子核 原子 中子(不带电) 核外电子(每个电子带一个单位负电荷),原子核所带的电荷数,叫核电荷数。,故:核电荷数质子数,原子的构成、原子核的构成是怎样的?,a,b,+,d,X,c,a代表质量数; b代表核电荷数; c代表离子的价态; d代表化合价 e 代表原子个数,e,a、b、c、d、e各代表什么?,三、有关概念 1.原子:化学反应中的最小微粒。 一般由质子和电子构成(不一定有中子,有一种氢原
7、子没有中子),2.原子序数=核电荷数质子数核外电子数,3.质子数与核外电子数电荷相等,电性相反,故整个原子不显电性。 4.原子量:相对原子质量:以一种碳原子 6 12 C的质量的1/12作为标准,其它原子的质量跟它比较所得的数值,就是这种原子的相对原子质量(=质量数?),原子的实际质量 相对原子质量= 一个碳原子的质量1/12,原子中各粒子的质量:,相对原子质量是原子的真实质量吗? 与原子的实际质量的区别与联系?,相对原子质量的与组成原子的粒子的关系?,问题:,原子的质量集中在哪儿?,5.核素和同位素,同位素定义:质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。注意:Z同:表示同一元素
8、N不同:质量数A不同,原子也不同,注意:Z同:同一元素 ;N不同:A不同,原子也不同 原子的种类是由质子数和中子数共同决定的。同 位素是原子的互称,是单质的互称。,核素定义:具有一定质子数和一定中子数的原子,同种核素特征:质子数相同,中子数也相同,氢元素:同一种核素 11 11+ 11- 不同种核素 11 12 13,用途:(1) C :612C、613C、614C 614C每隔5568年它的质量就会减少一半,考古学家根据生物体内614C的含量,就可判断其生活的年代,(2) 11H N=0 氕 12H(D) N=1 氘(重氢) 13H(T) N=2 氚(超重氢),制氢弹,O:816O 8 17
9、O 8 18O H2O 水 18; D2O 重水 20; T2O 超重水 22,(3)U: 92234U 92235 U 92238U 铀235 制原子弹,2760O是恶性肿瘤的“克星”,也可用其辐射育种,刺激增长,保鲜,防腐,特性:(1)化学性质几乎完全相同。 1735 Cl、17 37 Cl (2)原子个数百分比(即丰度)基本不变。 17 35 Cl 75.77% ; 17 37 Cl 24.23% (3)物理性质不同:N不同, A不同, M不同, m不同, d不同。,例:硼有10B和11B两种同位素组成,硼元素的原子量 为10.8,求10B和11B在自然界中各自的百分比。,解:设10B所
10、占百分比为x: 10 x + 11 (1x) = 10.8 x = 0.2 10B占20%,11B占80%。,三、原子核的半径(10-1410-15m)约为原子半径(10-10m)的几万分之一,原子核的体积仅占原子体积的几千亿分之一,核外大部分空间有电子在绕核运动,核外电子的运动即核外电子的排布,核外电子的运动有何特点?,思考:,原子核半径小于原子半径的万分之一,体积占原子体积的几千万亿分之一。(如同大型体育场与蚂蚊),卢瑟福原子模型(1911年):在原子的中心有一个带正电的核,它的质量几乎等于原子的全部质量,电子在它周围沿着不同的轨道运转,就像行星环绕太阳一样运转。 (空心球),按经典电磁理
11、论“行星系式”原子模型: 原子核好比是太阳,电子好比是绕太阳运动的行星,电子绕核高速运动。绕核运动的电子应该不停地连续地辐射,得到连续光谱。 电子能量不断减少,电子运动轨道的半径也将不断减少,最终,电子堕入核内,“原子毁灭”。 与原子能稳定存在,原子有特征的线状光谱不符。,第二节 核外电子的运动特点(性质与核外电子关系密切) 总体情况,(1)、质量小,带负电荷。,(2)、运动范围小。(原子半径,直径约10-10m),(3)、绕核作高速运动(接近光速),无确定的轨道。,氢原子光谱,光谱仪可以测量物质发射或吸收的光的波长,拍摄各种光谱图。 光谱图就像“指纹”辨人一样,可以辨别形成光谱的元素。 人们
12、用光谱分析发现了许多元素,如铯、铷、氦、镓、铟等十几种。,电磁波, 电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电 磁波的一种 。,电磁波在有些情况下表现出连续波的性质,另一些情况下则更像单个微粒的集合体,后一种性质叫作波的微粒性。,二. 氢原子光谱和波尔理论,1.光谱:连续光谱,如:太阳光或白炽灯发出的 白光,线性光谱:原子光谱,氢原子光谱,然而,直到本世纪初,人们只知道物质在高温或电激励下会发光,却不知道发光机理;人们知道每种元素有特定的光谱,却不知道为什么不同元素有不同光谱。,(从上到下)氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖的发射光谱,2.氢原子光谱,n1和n2都是正整数,而且n2n1,氢光谱是所有
13、元素的光谱中最简单的光谱。在可见光区,它的光谱只由几根分立的线状谱线组成,其波长和代号如下所示: 谱线 H H H H H 编号(n) 波长/nm 656.279 486.133 434.048 410.175 397.009 不难发现,从红到紫,谱线的波长间隔越来越小。5的谱线密得用肉眼几乎难以区分。1883年,瑞士的巴尔麦(J.J.Balmer 1825-1898)发现,谱线波长()与编号(n)之间存在如下经验方程:,巴尔麦的经验方程引发了一股研究各种元素的光谱的热潮,但人们发现,只有氢光谱(以及类氢原子光谱)有这种简单的数学关系。 类氢原子是指He+、Li2+等原子核外只有一个电子的离子
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