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第四章 第二節 第1課時
原子結構
原子結構
思考：從圖片中可知，原子由哪些微粒構成？帶電情況如何？原子的質量主要集中在哪里？原子序數、核電荷數、質子數、中子數、質量數、核外電子數之間有怎樣的關系？
質子
中子
原子
原子核
核外電子
電荷 實際質量
質子
中子
電子
+1
不帶電
-1
1.673×10-27kg
1.675×10-27kg
9.109×10-31kg
（核電荷數：即原子核所帶的電荷數）
原子的質量主要集中在原子核上
原子序數=核電荷數=質子數=核外電子數
質量數(A)=質子數(Z)+中子數(N)
（質量數：原子核中質子數和中子數之和）
原子結構
化學符號各種角標的意義
X
質量數A
質子數Z
化合價
±a
b±離子符號
c原子個數
核素符號 核電荷數 質子數 中子數 電子數
10 12
11
8
8
10
10
11
12
8
10
12
思考：某元素R原子的質量數為A，它的離子Rn-核外有x個電子，則該元素原子核內的中子數是多少？
A. A-x B. A-n-x
C. A+n-x D. A+n+x
原子結構探索歷程
歷程1
古代思想家關于物質構成的觀點
德謨克利特
（約公元前400年）
認為物質是由極小的、不可分割的被稱為“原子”的微粒構成
墨子
（約公元前400年）
認為物質分割是由條件的，“非半弗斫則不動，說在端”。這種“端”就是不能被分割的部分。
哲學思辨
缺乏科學實證
原子結構探索歷程
歷程2
道爾頓原子論
道爾頓
（1766~1844)
19世紀初，英國化學家和物理學家道爾頓根據實驗結果，提出了原子論。其主要內容包括：
1.元素是由不可再分的極小微粒構成，這種微粒成為原子。原子在一切化學變化中保持其不可再分性。
2.同一元素的原子在質量和性質上都相同，不同元素的原子在質量和性質上都不同
3.不同元素化合時，這些元素的原子按簡單整數比結合
科學實證
原子模型：實心球體
原子結構探索歷程
陰極射線的“挑戰”
1858年德國物理學家普呂克爾發現了陰極射線。1897年湯姆生用陰極射線管重復陰極射線實驗。在陰陽兩極加上電壓，陰極會產生陰極射線。當對陰極射線施加電場后，陰極射線發生偏轉。從而證明陰極射線是一種帶電粒子。經過一系列的實驗后，湯姆孫提出：
1.帶負電的粒子是構成各種物質的共有成分
2.該粒子所帶電荷的大小與氫離子大致相同，這種帶負電的粒子即為電子。
電子的發現，表明了原子不是實心小球，還可以再分
原子結構探索歷程
歷程3
湯姆孫葡萄干面包模型
根據原子是電中性的事實，促使湯姆孫提出了葡萄干面包原子模型。他認為原子中的正電荷是均勻地分布在整個原子的球體內，電子則均勻地嵌在其中。該原子模型說明原子是有結構的，打破了原子不可再分的論點。
湯姆生
（1856~1940）
（1903年）
原子結構探索歷程
“意外跑偏”的α粒子——α粒子散射實驗
α射線：盧瑟福1898年發現鈾和鈾的化合物能所發出的一種射線——α射線。α射線亦稱α粒子束，是高速運動的氦原子核。α射線帶兩個單位的正電荷。
他用α射線轟擊金箔，以此來證明湯姆孫的原子模型是正確的。根據湯姆孫的葡萄干面包模型，α粒子應全部穿過金箔。
金箔
α粒子（帶正電荷）
湯姆生的原子結構模型無法解釋！
1. 絕大多數α粒子都直接穿過，沒有發生任何偏轉。
2. 有少量α粒子發生稍微的偏轉。
3. 有非常少的α粒子沿著來的方向被彈回。
實驗現象
1. 原子大部分是空的。
實驗結論
2. 原子內存在帶正電荷的核，且質量主要集中在原子核里。
原子結構探索歷程
“意外跑偏”的α粒子——α粒子散射實驗
原子是由體積極微小、質量很集中的、帶正電荷的原子核，以及在原子核周圍空間做高速運動的帶負電荷的電子構成的。
有核模型的提出，標志著對原子結構的認識進入了新階段，為以后原子結構的現代模型奠定了基礎。
歷程4
盧瑟福原子有核模型
盧瑟福
（1871-1937）
（1911年）
原子結構探索歷程
在模型提出后不久，就遭到了嚴重的質疑
原子結構探索歷程
會“跳躍”的電子
玻爾的疑惑： 依據盧瑟福的原子模型，帶電粒子有加速度時輻射能量，電子軌道半徑會連續縮小，電子軌道連續縮小，其運動頻率連續變化，光譜應是連續的。
歷程5
玻爾模型
連續的光譜
氫原子光譜（線狀譜）
原子結構探索歷程
會“跳躍”的電子
玻爾研究發現，氫原子光譜不連續的現象，通過實驗并引入量子論觀點，解決了盧瑟福核式結構模型不穩定的問題，提出了一個全新的原子結構模型。
玻爾認為，電子是在一個特定的距離圍繞原子核運動，而且有著特定的軌道
玻爾
（1885~1962）
歷程5
玻爾模型
（1913年）
原子結構探索歷程
約公元前400年
古代思想家關于物質構成的觀點
1897年
發現電子
1911年
盧瑟福原子結構有核模型
1803年
道爾頓原子論
1903年
湯姆孫葡萄干面包模型
1913年
玻爾模型
1919年
發現質子
1932年
發現中子
到此就是我們對于原子結構認知的終點了嗎？
原子結構探索歷程
歷程6
現代原子結構理論：電子云模型
　　1926年，奧地利物理學家薛定諤在德布羅意、海森堡、泡利等人研究的基礎上，提出了原子核外的電子排布的新模型——電子云模型，并提出了著名的薛定諤方程式。
現代原子結構理論認為：電子在原子核外很小的空間內做高速運動，其運行沒有固定的規律。用小黑點的疏密來表示單位體積內電子出現幾率。
道爾頓原子模型：實心球
陰極射線實驗
湯姆生原子模型：葡萄干面包
α粒子散射實驗
原子光譜分析
盧瑟福原子模型：行星模型
玻爾原子模型：量子化軌道
技術發展
原子結構認識發展
電子云模型
原子結構探索歷程
科學家探索原子結構的一般方法
原有模型
技術發展
創造性的設計實驗
創造性地提出新理論
宏觀類別
建構新模型
模型應用
原子結構探索歷程
科學研究永遠在不斷否定、不斷肯定中波浪式前進。保持你的好奇心、求知欲，在繼承前人的同時，具有敏銳的洞察力，善于根據新的實驗證據去修正原來的理論，開辟出一片新的領域。
人類在認識自然的過程中，經歷了無數的艱辛，正是因為有了無數的探索者，才使人類對事物的認識一步步走向深入，也越來越接近事物的本質。
展望原子結構探索的未來
人們對“無窮小”的追求
1964年，美國物理學家默里·蓋爾曼提出了夸克模型
1967年，弗里德曼等人證明了夸克的存在
2015 年LHCb 實驗組發現了由五個夸克組成的新型粒子
單個夸克在哪里？
展望原子結構探索的未來
IBM：小男孩和他的原子
2013年IBM操縱原子拍攝了世界上最小的電影——《一個男孩和他的原子》（A Boy and His Atom）。影片只有1分34秒，講述了一個男孩和原子玩耍的故事，是一部定格動畫。影片在零下268攝氏度的環境里，用重達2噸的顯微鏡操縱一氧化碳原子拍攝，可能也是世界上拍攝溫度最低，和拍攝器材最重的影片。
展望原子結構探索的未來
2020年6月3日，頂級期刊《自然》雜志在線發表了題為《它開辟了一個全新的宇宙：革命性的顯微鏡技術首次看到單個原子》，這是人類首次看到了單個的原子，也是冷凍電鏡技術又一次革命性的發現。
原子結構探索的最新進展

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