人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)小結(jié)

1、第三單元 人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)小結(jié)一、原子結(jié)構(gòu)模型的演變 用掃描隧道顯微鏡觀測(cè)到的硅晶體表面 玻爾軌道模型（1913年）湯姆生“葡萄干面包式”模型（1904年）盧瑟福帶核模型（1911年）道爾頓實(shí)心球模型（1803年）現(xiàn)代量子力學(xué)結(jié)構(gòu)模型（電子云模型、20世紀(jì)初） 原子結(jié)構(gòu)模型的演變從道爾頓的實(shí)心球原子結(jié)構(gòu)模型到現(xiàn)代量子力學(xué)原子結(jié)構(gòu)模型，人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)歲月?，F(xiàn)在，科學(xué)家已經(jīng)能夠用電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡攝制顯示原子圖象的照片（20世紀(jì)80年代），隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)還會(huì)不斷深化。現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為： 原子由原子核和核外電子構(gòu)成； 電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律跟宏觀

2、物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律截然不同； 對(duì)于多電子的原子，電子在核外一定的空間近似于分層排布。 原子核外電子的排布1、多電子原子核外電子是分層運(yùn)動(dòng)（也叫分層排布）的原子核外電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域與電子的能量有關(guān)：能量高的電子在離核遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)；能量低的電子在離核近的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)（按電子能量從低到高，把原子核外分成七個(gè)運(yùn)動(dòng)區(qū)域，又叫電子層，分別用n=1、2、3、4、5、6、7表示，分別稱為K、L、M、N、O、P、Q，它們的能量依次由低到高。）。氦原子結(jié)構(gòu)示意圖2、原子結(jié)構(gòu)示意圖（為形象地表示原子的結(jié)構(gòu)而創(chuàng)造，120號(hào)元素）HHeNeCBeBLiNONaArMgAlSiPFSKCaCl問題1在通常情況下，稀有氣體由于原

3、子核外電子排布達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。Mg原子和O原子形成MgO的過程中原子核外電子的變化如下圖所示，試比較Mg2+、O2的核外電子排布與Ne原子的核外電子排布，從中你能得出什么結(jié)論？MgO2OMg2+MgO的形成MgMg2+OO2由Mg原子和O原子形成MgO的過程中原子核外電子的變化可知：在化學(xué)反應(yīng)中，原子核不發(fā)生變化，但原子的最外層電子會(huì)發(fā)生變化?；顫娊饘伲ㄈ玮c、鎂、鋁等）在化學(xué)反應(yīng)中容易失去最外層電子，使次外層變?yōu)樽钔鈱樱瑥亩纬煞€(wěn)定結(jié)構(gòu)）；而活潑非金屬（如氧、氯、氟等）在反應(yīng)中容易得到電子而使最外層達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。問題2金屬單質(zhì)Na、Al能分別與非金屬單質(zhì)O2、Cl2反

4、應(yīng)生成氧化物和氯化物，我們可以 根據(jù)Na、Al、O、Cl原子在反應(yīng)中失去或得到電子的數(shù)目和該原子的最外層電子數(shù)目，推斷其氧化物和氯化物中元素的化合價(jià)請(qǐng)將結(jié)果填入下表，并說明： 原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)有什么關(guān)系？ 金屬元素和非金屬元素的化合價(jià)與其在反應(yīng)中失去或得到電子的數(shù)目之間存在怎樣的關(guān)系？元 素NaAlOCl原子最外層電子數(shù)1367原子在反應(yīng)中得（或失）電子數(shù)1321化 合 價(jià)+1+3213、原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系元素的化學(xué)性質(zhì)主要決定于原子結(jié)構(gòu)中的最外層電子。 金屬元素的原子最外層電子數(shù)一般少于4個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中易失去最外層電子形成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（與稀有氣體原子電子層排布相同）的陽離子。 非金

5、屬元素的原子最外層電子數(shù)一般少大于或等于4個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中易得到電子形成具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（與稀有氣體原子電子層排布相同）的陰離子。4、元素的化合價(jià)與原子最外層電子數(shù)的關(guān)系元素的化合價(jià)在數(shù)值上等于原子失去或得到的電子數(shù)目（失為正，得為負(fù)）原子 最外層電子數(shù)4時(shí)，容易失去電子，化合價(jià)失去的電子數(shù)目（最外層電子數(shù)） 最外層電子數(shù)4時(shí)，容易得到電子，化合價(jià)最外層電子數(shù)8）二、原子的構(gòu)成 原子的構(gòu)成1、 構(gòu)成原子的微粒及性質(zhì)構(gòu)成原子的粒子電子原子核質(zhì)子中子電性和電量1個(gè)電子帶一個(gè)單位負(fù)電荷1個(gè)質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷不帶電質(zhì)量（kg）9.10910-311.67310-271.67510-27相對(duì)質(zhì)量1/183

6、61.0071.008實(shí)際體積小小小占據(jù)體積相對(duì)原子來說很大小小 原子質(zhì)量即原子的真實(shí)質(zhì)量也稱原子的絕對(duì)質(zhì)量，單位 kg 相對(duì)質(zhì)量的單位是1（一般不寫） 粒子可以是原子、質(zhì)子、中子、電子等； 質(zhì)子、中子的相對(duì)質(zhì)量約為1。 X問題解決將有關(guān)原子的質(zhì)子數(shù)(Z)和中子數(shù)(N)之和填入下表，并與原子的相對(duì)原子質(zhì)量作比較，你能得出什么結(jié)論？如果用X表示元素符號(hào)，Z表示原子的質(zhì)子數(shù)，A表示原子的質(zhì)量數(shù)（即A = Z + N）請(qǐng)用 表示下表中各原子的組成。原子質(zhì)子數(shù)(Z)中子數(shù)(N)質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)(A)相對(duì)原子質(zhì)量 X原子符號(hào)( )F9101918.998FNa11122322.990 NaAl131427

7、26.982 Al結(jié)論原子中，中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)之和為該原子相對(duì)原子質(zhì)量的近似整數(shù)。原子( ) X原子核質(zhì)子 Z個(gè)中子 (AZ)個(gè)核外電子 Z個(gè)2、原子的組成及表示方法 X含義：代表一個(gè)質(zhì)量數(shù)為A（即中子數(shù)為AZ），質(zhì)子數(shù)為Z的X原子 原子核：帶正電荷，幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，但其體積卻只占整個(gè)原子體積約千億分之一。原子核帶正電，其中的質(zhì)子、中子通過強(qiáng)相互作用集合在一起，使原子核十分“堅(jiān)固”，在化學(xué)反應(yīng)時(shí)不會(huì)發(fā)生變化。另外，原子核中蘊(yùn)含著巨大的能量原子能（即核能） 質(zhì)子：每個(gè)質(zhì)子帶1個(gè)單位正電荷，質(zhì)子數(shù)決定了元素的種類。 中子：中子不帶電荷，中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)決定原子的種類。 電子：每個(gè)電子帶一個(gè)單

8、位負(fù)電荷。它與原子的化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，特別是最外層電子數(shù)及排布決定了原子的化學(xué)性質(zhì)。如：原子的最外層電子數(shù)4時(shí)，一般為非金屬元素，其原子易得電子，難失電子；原子的最外層電子層4時(shí)，一般為金屬元素，其原子易失電子，難得電子；原子的最外層電子等于8（只有一個(gè)電子層的原子，其最外層為2個(gè)電子）時(shí)具穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，一般不易得、失電子，性質(zhì)不活潑，如稀有氣體。3、有關(guān)原子結(jié)構(gòu)常用規(guī)律總結(jié) 質(zhì)量關(guān)系：質(zhì)量數(shù)(A)= 質(zhì)子數(shù)(Z) + 中子數(shù)(N) 電性關(guān)系： 原子（電中性）：核電荷數(shù)= 質(zhì)子數(shù) = 核外電子數(shù) 陰離子：質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)（質(zhì)子數(shù) = 核外電子數(shù)電荷數(shù)） 陽離子：質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)（質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)

9、+電荷數(shù)） 原子和離子的區(qū)別和聯(lián)系原 子離 子區(qū)別 除稀有氣體的原子外，其余原子為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 呈電中性。 同種原子半徑大小相同，不同原子半徑不同。 是化學(xué)變化的最小微粒，有自己的性質(zhì)，可獨(dú)立存在 主族元素的簡(jiǎn)單離子為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 陽離子帶正電荷。比同種元素的原子少一個(gè)電子層，陰離子帶負(fù)電荷，與同種元素原子的電子層數(shù)相同。 陽離子半徑小于相應(yīng)的原子，陰離子半徑大于相應(yīng)的原子。 是帶電的原子或原子團(tuán)。性質(zhì)與原子不同，陽離子與陰離子共存。聯(lián)系核電荷數(shù)相同的原子和離子屬于同種元素。在一定條件下同種元素的原子和離子可互變。問題 元素是具有相同質(zhì)子數(shù)的一類原子的總稱，同一種元素的原子具有相同的質(zhì)子數(shù)，那么

10、，它們的中子數(shù)是否相同呢？ H H H實(shí)驗(yàn)證明，同一種元素的原子，其中子數(shù)不一定相同。如氫元素有三種原子：氕 ( )、氘( )、氚( )。4、元素、核素、同位素 元素具有相同質(zhì)子數(shù)的同一類原子的總稱（如：H、H+、H 等都是氫元素的粒子，元素是宏觀概念，只表示種類，沒有數(shù)量含義）。 X 核素具有一定質(zhì)子數(shù)和一定中子數(shù)的某種原子（ ） 同位素質(zhì)子數(shù)相，同而中子數(shù)（或質(zhì)量數(shù)）不同原子（即不同的核素，屬同類原子）的互稱。如：氫元素有三種核素：H H(D) H(T)，而這三種核素間互稱同位素；碳元素存在三種核素（C-12、C-13、C-14），它們的質(zhì)子數(shù)都是6，中子數(shù)分別為6、7、8，C-12指質(zhì)子

11、數(shù)和中子數(shù)都是6的核素，C-12、C-13、C-14這三種核素互稱同位素。說明大多數(shù)元素存在同位素，且各元素的穩(wěn)定同位素在自然界中的原子百分組成保持不變；同一元素的各種同位素，核外電子排布相同，化學(xué)性質(zhì)幾乎相同。原子結(jié)構(gòu)模型的演變1、道爾頓的原子學(xué)說-提出實(shí)心原子論1803年，英國(guó)化學(xué)家道爾頓闡述了他的化學(xué)原子論。主要觀點(diǎn)有： 所有物質(zhì)都是由非常微小的，不可再分的實(shí)心球體即原子組成的； 同種物質(zhì)的原子其質(zhì)量、大小和形狀都相同，不同元素的原子不同，主要表現(xiàn)為質(zhì)量的不同； 原子不能被分割； 原子是元素參加化學(xué)變化的最小單位，在化學(xué)反應(yīng)中，原子僅僅是重新排列，而不會(huì)被創(chuàng)造或消失。 2、盧瑟福的原子結(jié)

12、構(gòu)模型-發(fā)現(xiàn)原子核結(jié)構(gòu)1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福做了一系列實(shí)驗(yàn)：當(dāng)用一束平行的粒子轟擊金箔時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)粒子穿過金箔不改變行進(jìn)方向，只有極少數(shù)的粒子產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，其中個(gè)別的甚至反方向折回。大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕大部分粒子穿過金箔時(shí)不改變行進(jìn)方向、第800010000個(gè)粒子中才有一個(gè)大角度散射或反方向折回。根據(jù)粒子散射實(shí)驗(yàn)，盧瑟福提出含核原子結(jié)構(gòu)模型。他的主要觀點(diǎn)是： 每一個(gè)原子都有一個(gè)體積極小、極密實(shí)的核； 原子核占有全部正電荷和幾乎全部的原子質(zhì)量； 原子核被一個(gè)體積很大幾乎什么也沒有的空間包圍著； 原子核外的空間里極稀疏地散布著電子，其總電荷數(shù)恰好與原子核中的正電荷相等。 3、玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型-

13、發(fā)現(xiàn)核外電子的能量玻爾把化學(xué)、放射性和光譜學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)事實(shí)與原子結(jié)構(gòu)模型聯(lián)系在一起，在研究氫原子光譜產(chǎn)生的原因中發(fā)展了原子結(jié)構(gòu)理論。1913年，玻爾提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型，其要點(diǎn)如下： 在原子中，電子不能沿著任意軌道繞核旋轉(zhuǎn)，而只能沿著符合一定條件的軌道旋轉(zhuǎn)。電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不吸收或放出能量，處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。 原子中的電子在不同軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)可具有不同的能量，電子運(yùn)動(dòng)時(shí)所處的能量狀態(tài)稱為能級(jí)。電子在軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)所具有的能量只能取某些不連續(xù)的數(shù)值(電子能量是量子化的)。 只有當(dāng)電子從某一軌道躍遷到另一軌道時(shí)，才有能量的吸收或放出。當(dāng)電子從能量較高的(E2)軌道躍遷到能量較低的(E。)軌道時(shí)，原

14、子就放出能量。放出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)輻射能的光子，其頻率可由兩個(gè)軌道的能量差決定。玻爾提出的原子結(jié)構(gòu)模型，揭示了光譜線與原子結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系。由于這一開拓性的貢獻(xiàn)，玻爾獲得了1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。4、原子的量子力學(xué)模型-核外電子的運(yùn)動(dòng)和電子排布規(guī)律玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型理論也不是十分完美，在解釋氫以外的多電子原子的光譜線時(shí)，就只能做出近似的估計(jì)，無法定量計(jì)算?？茖W(xué)家們經(jīng)過13年的艱苦修改、驗(yàn)證、論證，終于在1925年1926年，在玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展成為原子的量子力學(xué)模型，其核心是薛定鍔波動(dòng)方程。該模型已經(jīng)受了半個(gè)多世紀(jì)的考驗(yàn)。 原子的量子力學(xué)模型包括了玻爾所采用的量子化能級(jí)的概念，即主量子數(shù)(主層)。此外還提出其他量子數(shù)以說明電子的能量，如亞層和軌道數(shù)。由于電子屬于微觀粒子，具有波粒二象性，它在核外的運(yùn)動(dòng)速度可以與光速相比，很難同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定它的速度和位置，只能用統(tǒng)計(jì)的方法來描述，因而引入了“電子云”的概念。 信息博覽新華網(wǎng)3月27日電 日本奈良尖端科技研究生院的大門寬教授應(yīng)用“圓偏振光光電子衍射原理”開發(fā)成功立體顯微鏡，能夠把原子的排列結(jié)構(gòu)擴(kuò)大100