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第1章
原子結構與元素周期律
第1節 原子結構
有關原子結構的知識是自然科學的重要基礎知識之一。原子是構成物質的一種基本微粒，物質的組成、性質和變化都與原子結構密切相關。
那么，原子的內部結構是怎樣的呢
英國物理學家盧瑟福通過α粒子散射實驗證明，原子中帶正電的部分集中在一起。
聯想·質疑
在此實驗的基礎上，盧瑟福提出了核式原子模型: 原子由原子核和核外電子構成。原子核帶正電荷，位于原子的中心; 電子帶負電荷，在原子核周圍空間做高速運動。
那么，原子核的內部結構是怎樣的
電子在核外空間的運動狀態又是怎樣的呢
原子核，核素
原子是由原子核和核外電子構成的，而原子核又是由更小的微粒——質子( proton)和中子(neutron)構成的。
1.原子核的構成
交流·研討 下表列出的是構成原子的微粒——電子、質子和中子的基本數據。
請根據表中所列數據討論:
1.在原子中，質子數、核電荷數和核外電子數之間存在著怎樣的關系 為什么
2.原子的質量主要由哪些微粒決定
3.如果忽略電子的質量，質子、中子的相對質量分別取其近似整數值，那么，原子的相對質量在數值上與原子核內的質子數和中子數有什么關系
質子帶正電荷，中子不帶電，質子和中子依靠一種特殊的力一一核力結合在一起。對一個原子來說:
核電荷數 =質子數 =核外電子數
由于電子的質量很小，相對于質子、中子的質量，可以忽略不計，因此原子的質量幾乎全部集中在原子核上。也就是說，原子的質量可以看做原子核中質子的質量和中子的質量之和。
人們將原子核中質子數和中子數之和稱為質量數。
質子數(Z) + 中子數(N)= 質量數(A)
一般用符號表示一個質量數為 A、質子數為Z的原子，那么，組成原子的有關粒子間的關系可表示為:
1.在科學研究中，人們常用“來表示某種氯原子，請你談談其中符號和數字的含義。
2.生物體在生命過程中保留的一種碳原子--會在其死亡后衰變。
遷移·應用
測量在考古遺址中發現的生物遺體里 的數量，可以推斷出它的存在年代。請你利用所學知識分析， 與作為相對原子質量標準的在結構上有何異同。
2.核素元素的種類是由原子核內的質子數決定的。
元素 (element)是具有相同質子數(核電荷數)的同一類原子的總稱。
同種元素原子的質子數相同，那么，中子數是否也相同呢
觀察·思考
這三種氫原子中質子、中子和電子的數量關系如圖 1-1-3 所示。
思考
1.氕、氘、氚的原子結構有何異同
2.它們是同一種元素嗎
氫元素有氕、氘、氚3種核素，分別用
表示。
除氫外，在天然元素中，還有許多元素具有多種核素，如碳元素有3種核素(C、CHC)氧元素有3種核素(g00)鈾元素有3種核素()
氧元素有3種核素()
鈾元素有3種核素 () ,
氯元素有2種核素()
有些元素則只有1種核素，如氟()、鈉()
例如， ()互為同位素，
其中用做制造氫彈的原料
同位素
其中，是核反應堆的燃料。
同位素分為穩定同位素和放射性同位素兩種。放射性同位素最常見的應用是作為放射源和進行同位素示蹤。
例如，追蹤植物中放射性 發出的射線，能確定磷在植物中的作用部位;
應用放射性同位素發射出的射線，可進行金屬制品探傷、食物保鮮和腫瘤治療等。
放射性同位素與醫療
放射性同位素用于疾病的診斷 用放射性同位素標記的藥物進入人體后，醫務人員可以利用標記藥物的放射性，借助有關儀器從體外觀察臟器功能和生化過程的變化。
化學與技術
在疾病的形成過程中，生化變化和功能變化一般要早于組織形態的變化，因此放射性同位素廣泛用于腫瘤的早期診斷。例如，用放射性后位素進行診斷可比用X 光法早 3~6個月發現骨癌轉移。
放射性同位素用于疾病的治療 放射性同位素能放射出α、β、γ射線，射線達到一定劑量時有殺死生物細胞的作用。通過長期的實踐，科學家們選用不同種類及劑量的放射性同位素，用特殊的方法照射不同部位的腫瘤，殺滅癌細胞或抑制癌細胞的繁殖，并盡量減少對人體正常細胞的損害。
未來的能源核聚變能
核聚變是將輕原子核融合成較重原子核的核反應，它所產生的能量比核裂變反應產生的能量大得多。
例如，1 g (H)全部聚合為氨所放出的熱能可使4×108g冰變成水蒸氣。
另外，核聚變產生的污染輕，不會造成放射性垃圾。因此，核聚變的和平利用將幫助人類長久地解決能源問題。
要使核聚變作為能源為人類服務，必須使核聚變產生的能量均勻地釋放出來，也就是要進行受控核聚變反應。
目前受控核聚變反應的最大技術障礙是難以將核燃料加熱到幾千萬甚至上億攝氏度的高溫。現在，科學家們正在探索在室溫下實現受控核聚變的可能性。
核外電子排布
物質在化學反應中的表現與組成該物質的元素的原子結構有著密切的聯系,其中核外電子扮演著非常重要的角色。電子在原子內有“廣闊”的運動空間。在這“廣闊”的空間里核外電子是怎樣運動的呢
電子極其微小，即使使用最先進的掃描隧道顯微鏡(STM)，也只能觀察到排列有序緊密堆積的原子，而觀察不到比原子小得多的電子。一個多世紀以來，科學家們主要采用建立模型的方法對核外電子的運動情況進行研究。
交流·研討
請你查閱有關原子結構模型的資料，與同學們討論電子在原子核外是怎樣運動的。
現代物質結構理論認為，在含有多個電子的原子里，能量低的電子通常在離核較近的區域內運動,能量高的電子通常在離核較遠的區域內運動。據此可以認為，電子是在原子核外距核由近及遠、能量由低到高的不同電子層上分層排布的。
把能量最低、離核最近的電子層叫做第一層:能量稍高、離核稍遠的電子層叫做第二層;由里往外依次類推，共有7個電子層。
科學研究表明:
每層最多容納的電子數為 2n2 (n代表電子層數),而最外層電子數則不超過8個(第一層為最外層時，電子數不超過2個)。人們常用原子結構示意圖來簡明地表示電子在原子核外的分層排布情況。
經過分析發現，元素的性質與原子的最外層電子排布密切相關。
例如，稀有氣體元素原子最外層電子數為8(氨除外，它的最外層只有2個電子)，結構穩定，既不容易獲得電子也不容易失去電子;
金屬元素原子最外層電子數一般小于4，較易失去電子形成陽離子;
非金屬元素原子最外層電子數一般大于或等于4，有較強的獲得電子的傾向，活潑非金屬元素的原子則較易獲得電子形成陰離子。
化合價是元素的一種重要性質。元素的化合價的數值，與原子的電子層結構特別是最外層電子數有關。
例如，稀有氣體元素原子核外電子排布已達穩定結構，既不容易獲得電子也不容易失去電子，所以稀有氣體元素通常表現為0價。
鈉原子最外層只有1個電子，容易失去這個電子形成Nat而達到穩定結構，因此鈉元素在化合物中顯+1價:氯原子最外層有7個電子，只需獲得1個電子形成 CI便可達到穩定結構，因此氯元素在化合物中常顯-1價。
1.請你嘗試畫出鈣原子(核電荷數為 20)和鉀離子(核電荷數為19)的結構示意圖。
交流·研討
2。通過前面的學習你已經知道，金屬鈉、金屬鎂在化學反應中表現出還原性,而氧氣、氯氣在化學反應中表現出氧化性，你能用原子結構的知識對這一事實進行解釋嗎
3，你認為原子結構的知識對于理解物質結構和性質的關系有哪些幫助
1913年，玻爾在核式原子模型的基礎上指出: 核外電子是處在一定的軌道上繞核運行的，正如太陽系的行星繞太陽運行一樣:在核外運行的電子分層排布，按能量高低而距核遠近不同。
資料在線
這個模型被稱為“玻爾原子模型”。現代物質結構理論在新的實驗基礎上保留了玻爾原子模型合理的部分，并賦予其新的內容。
核外電子運動的特征
宏觀物體的運動都有一定的軌跡,如人造衛星按一定的軌道圍繞地球運行,而在原子核外運動的電子并不遵循宏觀物體的運動規律。研究表明，電子在核外空間所處的位置及其運動速度不能同時準確地確定。
于是，人們采用統計的方法，對一個電子的多次行為或多個電子的一次行為進行研究，從而統計出電子在核外空間某處單位體積里出現機會的多少，并用電子云形象地進行表示。
概括整合
1.請用圖示的方式描述構成原子的各種微粒與元素、核素間的關系，以及元素、核素與同位素間的關系。
2。核外電子排布是有一定規律的。那么，電子在核外是如何排布的 原子的最外層電子排布與元素的化學性質有什么關系
3，你認為研究原子結構有什么意義 請你列舉核素在生產和生活中的應用
練習與活動
1，據報道，某些花崗巖會產生氡 ，從而對人體產生傷害。請回答
該原子的質量數是________，質子數是______，中子數是______
(2) 請將以下 Rn 的原子結構示意圖補全。
(3)請根據 Rn 的原子結構預測氡氣的化學性質
A。非常活潑，容易與氧氣等非金屬單質反應
B。比較活潑，能與鈉等金屬反應
C，不太活潑，與氮氣性質相似
D，很難與其他物質發生反應
你選擇該選項的理由是___________________________
(4)研究發現，鐳能蛻變為，故將稱為鐳射氣;釷能蛻變為，故將留稱為釷射氣;錒能蛻變為，故將稱為錒射氣。
（ ）
A.屬于同種元素
B.互為同位素
C .屬于同種核素
D .屬于同種原子
由此可見，決定元素種類，決定核素種類。
2。你知道以下微粒結構示意圖表示的各是什么微粒嗎
3.請利用原子結構的知識解釋下列事實。
(1)在硫化鈉中，鈉元素顯+1價，硫元素顯-2價
(2)鈉原子和鋁原子電子層數相同，但金屬鈉與氯氣的反應要比金屬鋁與氯氣的反應容易而且劇烈。
4，查閱資料并與同學們交流: 放射性同位素在能源、農業、醫療以及考古等方面有哪些應用

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