高中化學(xué)《原子結(jié)構(gòu)模型》素材1

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1、第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型 光 譜 每種原子只能發(fā)出具有本身特征的某些波長(zhǎng)的光，因此明線光譜的譜線又叫做原子的特征譜線。特征譜線為光譜分析技術(shù)的應(yīng)用、研究和發(fā)展，提供了可靠的基礎(chǔ)和保障。 光譜分析就是使用分光鏡、分光儀、單色儀、攝譜儀、投影儀、記錄儀和計(jì)算機(jī)等光譜儀器和分析儀器，通過(guò)對(duì)各類(lèi)光譜的產(chǎn)生、拍攝、觀察、記錄等手段對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性或定量的檢測(cè)、分析與研究。它在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，特別是地質(zhì)、礦產(chǎn)部門(mén)有著廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代航天事業(yè)和對(duì)外星球的探測(cè)中，光譜分析有著更廣闊的發(fā)展前景。 物體發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜叫做發(fā)射光譜。其中熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜；而稀薄氣體或金屬蒸氣的

2、發(fā)射光譜是一些不連續(xù)的亮線，叫做明線光譜。明線光譜是由游離態(tài)的原子發(fā)射的，所以也叫原子光譜。還有一些物質(zhì)的發(fā)射光譜呈帶狀，是由該元素的原子團(tuán)或分子發(fā)射的，叫做帶狀光譜或分子光譜。 吸收光譜是指高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光），通過(guò)物質(zhì)時(shí)，某些波長(zhǎng)的光波物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜。所以吸收光譜是以連續(xù)光譜為背景的若干條暗線。各種原子的吸收光譜中的每條暗線，都跟該種原子的發(fā)射光譜中的一條明線相對(duì)應(yīng)。 光譜是用來(lái)鑒別物質(zhì)、發(fā)現(xiàn)新元素和確定它的化學(xué)組成的重要依據(jù)。光譜分為發(fā)射光譜和吸收光譜兩大類(lèi)。 PDP（Plasma Display Panel）等離子顯示屏 近年來(lái)高速發(fā)展的P

3、DP（Plasma Display Panel）等離子顯示屏，可以制造出大屏幕壁掛彩色電視機(jī)，使未來(lái)的電視屏幕尺寸更大，圖像更清晰，色彩更鮮艷，而本身的厚度只有8 cm左右，可掛在墻壁上。等離子顯示屏PDP是一種利用等離子管作為發(fā)光元件，大量的等離子管排列在一起構(gòu)成的屏幕。每個(gè)等離子管都是由透明玻璃制成的，管內(nèi)充有低壓的氖、氙氣體，兩端各有一個(gè)電極，在兩個(gè)電極間加上高壓后，封在管內(nèi)的氣體產(chǎn)生某種肉眼看不見(jiàn)的光譜，激發(fā)平板顯示屏上的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光，每個(gè)等離子管作為一個(gè)像素，由這些像素的明暗和顏色變化組合使之產(chǎn)生各種灰度和色彩的圖像。等離子管發(fā)光的微觀機(jī)理是通過(guò)高壓使低壓氖、氙氣體原

4、子的外層電子受到激發(fā)而發(fā)光. 玻爾原子模型的提出 玻爾，丹麥物理學(xué)家。1885年10月7日生于哥本哈根。7歲入小學(xué)后成績(jī)一貫優(yōu)異，敢開(kāi)公開(kāi)指出教材或老師講課中的差錯(cuò)。從小愛(ài)好足球，身體很好，也擅長(zhǎng)手工，他說(shuō)過(guò)：“我是像一個(gè)哲學(xué)家和一個(gè)工匠那樣地對(duì)物理學(xué)發(fā)生興趣的?！庇捎趯?duì)盧瑟福的仰慕，于1912年3月到曼徹斯特大學(xué)在盧瑟福領(lǐng)導(dǎo)下工作了4個(gè)月，當(dāng)時(shí)正值盧瑟福提出了他的原子核模型，人們把原子設(shè)想成與太陽(yáng)系相似的微觀體系，但是在解釋原子的力學(xué)穩(wěn)定性和電磁穩(wěn)定性上卻遇到了矛盾，這時(shí)玻爾開(kāi)始醞釀自己的原子結(jié)構(gòu)理論。 玻爾早在大學(xué)作碩士論文和博士論文時(shí)，就考察了金屬中的電子運(yùn)動(dòng)，并明確意識(shí)到經(jīng)典理

5、論在闡明微觀現(xiàn)象方面的嚴(yán)重缺陷，贊賞普朗克和愛(ài)因斯坦在電磁理論方面引入的量子學(xué)說(shuō)，在他研究原子結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)，就創(chuàng)造性地把普朗克的量子學(xué)說(shuō)和盧瑟福的原子核概念結(jié)合了起來(lái)，1913年初，有朋友建議他研究原子結(jié)構(gòu)，應(yīng)很好地聯(lián)系和應(yīng)用當(dāng)時(shí)已有的豐富而精確的光譜學(xué)資料，這使他思路大開(kāi)，通過(guò)對(duì)光譜學(xué)資料的考察，玻爾的思維和理論有了巨大的飛躍，使他寫(xiě)出了“論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造”的長(zhǎng)篇論著，提出了量子不連續(xù)性，成功地解釋了氫原子和類(lèi)氫原子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。1922年玻爾獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 揭開(kāi)內(nèi)葛的盧瑟福 盧瑟福1871年8月30日生于新西蘭的納爾遜，畢業(yè)于新西蘭大學(xué)和劍橋大學(xué)。1898年到加拿大任馬克歧爾大學(xué)

6、物理學(xué)教授，達(dá)9年之久，這期間他在放射性方面的研究，貢獻(xiàn)極多。1907年，任曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)教授。1908年因?qū)Ψ派浠瘜W(xué)的研究榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1919年任劍橋大學(xué)教授，并任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任。1931年英王授予他勛爵的桂冠。1937年10月19日逝世。 在19世紀(jì)末，物理學(xué)上爆出了震驚科學(xué)界的“三大發(fā)現(xiàn)”：1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，同一年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然放射性； 1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜1859一1940）發(fā)現(xiàn)了電子。這些偉大發(fā)現(xiàn)激勵(lì)了盧瑟福，使他決心對(duì)原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究。 1899年，盧瑟福用強(qiáng)磁場(chǎng)作用于鐳發(fā)出的射線，他發(fā)現(xiàn)，射線可以被分成三個(gè)組成

7、部分。他把偏轉(zhuǎn)幅度小的帶正電的部分叫a 射線，把偏轉(zhuǎn)幅度大的帶負(fù)電的部分叫b 射線，第三部分在磁場(chǎng)中不偏轉(zhuǎn)，且穿透力很強(qiáng)，他稱(chēng)之為r射線。 1903年，盧瑟福證實(shí)a 射線是與元素氦質(zhì)量相同的正離子流（氦核），b 射線則是帶負(fù)電的電子流。盧瑟福把a(bǔ) 射線也稱(chēng)為a 粒子，他進(jìn)一步用實(shí)驗(yàn)證明，a 射線打擊到涂有硫化鋅的熒光屏上，就會(huì)發(fā)出閃光。因此，他利用這一現(xiàn)象制成了可以觀測(cè)澈粒于的閃爍鏡。 盧瑟福進(jìn)一步對(duì)口射線的穿透力進(jìn)行研究，他發(fā)現(xiàn)，大部分a粒子都可以穿透薄的金屬箔，這些粒子在金屬箔中“如入無(wú)人之境”，可以大搖大擺地通過(guò)。這一現(xiàn)象說(shuō)明，固體中原子間并不是密不可人的，排列并不緊密，內(nèi)部有許多空隙，

8、所以a粒子可以穿過(guò)金屬箔而不改變方向。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，也有少數(shù)a粒子穿過(guò)金屬箔時(shí)，好象被什么東西擠了一下，因而行動(dòng)軌跡發(fā)生了一定角度的偏轉(zhuǎn)。還有個(gè)別的以粒子，好象正面打在堅(jiān)硬的東西上，完全反彈回來(lái)。根據(jù)以上a粒子穿過(guò)金屬箔的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（這個(gè)實(shí)驗(yàn)被稱(chēng)為a粒子散射實(shí)驗(yàn)），盧瑟福設(shè)想，原子內(nèi)部一定有一個(gè)帶正電的堅(jiān)硬的核，a粒子碰到核上就會(huì)被反彈回來(lái)，碰偏了就會(huì)改變方向，發(fā)生一定角度的偏轉(zhuǎn)，而原子的核占據(jù)的空間很小，所以大部分a粒子還是能穿過(guò)去。他根據(jù)這一假定計(jì)算出，原子核半徑約為3×10-12厘米，而原子的半徑為1.6×l0-8厘米。 1911年，盧瑟福受“大宇宙與小宇宙相似”的啟發(fā)，把太陽(yáng)系和原子結(jié)構(gòu)進(jìn)

9、行類(lèi)比，提出了一個(gè)原子模型。他認(rèn)為，原子象一個(gè)小太陽(yáng)系，每個(gè)原子都有一個(gè)極小的核，核的直徑在10-12厘米左右，這個(gè)核幾乎集中了原子的全部質(zhì)量，并帶有之單位個(gè)正電荷，原子核外有之個(gè)電子繞核旋轉(zhuǎn)，所以一般情況下，原子顯中性。盧瑟福發(fā)現(xiàn)了原子核以后，進(jìn)一步用各種金屬做“粒子散射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同的金屬對(duì)”粒子的散射能力不同，散射能力越強(qiáng)，證明核帶的正電荷越多，因而斥力也就越大。 1913年，盧瑟福的學(xué)生和助手莫斯萊，在盧瑟福指導(dǎo)下，證明各種不同元素原子核所帶的電荷數(shù)，正好等于它們的原子序數(shù)。盧瑟福的原子模型，成功地解釋了許多物理化學(xué)現(xiàn)象，但后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，它有很大的局限性。他的學(xué)生、丹麥物理學(xué)家尼爾森

10、·玻爾，綜合了普郎克的量子論、愛(ài)因斯但的光子論，在盧瑟福原子模型的基礎(chǔ)上，提出了原子的玻爾模型，這個(gè)模型比盧瑟福模型有很大改進(jìn)，但它是經(jīng)典力學(xué)與量子論相結(jié)合的產(chǎn)物，故隨著科學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多不符合實(shí)際的情況，所以后來(lái)被量子力學(xué)模型所取代。 盧瑟福在核化學(xué)方面做出過(guò)杰出的貢獻(xiàn)。他用a粒子散射研究原子核時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)于輕元素來(lái)說(shuō)，往往出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。他當(dāng)時(shí)認(rèn)為，可能是因?yàn)檩p核的核電荷少斥力小，高速a粒子有可能克服斥力，打到輕核里面去，因而出現(xiàn)反常。后來(lái)他就按著這個(gè)想法深入進(jìn)行研究。盧瑟福首先選用最強(qiáng)的放射源，當(dāng)時(shí)叫鐳C'，實(shí)際上是204Po，對(duì)輕元素進(jìn)行轟擊。1919年，他在用a粒子轟擊氮時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生

11、出一種新的、射程很長(zhǎng)、質(zhì)量更小的粒子，經(jīng)研究證明，這種粒子是氫的原子核。盧瑟福把他發(fā)現(xiàn)的這種粒子命名為“質(zhì)子”。在這一實(shí)驗(yàn)中，他不僅發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，還實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)歷史上第一個(gè)核反應(yīng)： 14N+4He——>17O+1H 接著他又發(fā)現(xiàn)，硼、氟、鈉、鋁、磷等元素都能發(fā)生核反應(yīng)，在核反應(yīng)時(shí)，一種元素可以變成另一種元素。1920年，盧瑟福又提出了中子假說(shuō)，他認(rèn)為原子核中，質(zhì)子可能與電子緊密地結(jié)合，形成一種不帶電的粒子，即中子。他推測(cè)，因?yàn)橹凶又車(chē)恍纬呻妶?chǎng)，所以當(dāng)它通過(guò)氣體時(shí)，應(yīng)不產(chǎn)生離子。它不受電場(chǎng)作用力的影響，所以，穿透力會(huì)很強(qiáng)，只有當(dāng)它與原子核發(fā)生正面碰撞時(shí)，才會(huì)轉(zhuǎn)折。而被碰撞的核，因?yàn)榈玫揭欢ǖ膭?dòng)能，

12、可能以一定的速度射出。 盧瑟福關(guān)于中子的預(yù)言，在1932年，被查德威克所證實(shí)，他用a粒子轟擊鉸元素而得到中子： 9Be+4He——>12C+1n 盧瑟福對(duì)放射性的研究，最終指明了原子擅變的可能性，實(shí)現(xiàn)了中世紀(jì)以前煉金術(shù)士的夢(mèng)想。此外，盧瑟福還對(duì)天然核裂變現(xiàn)象做了理論上的探討。他認(rèn)為，天然放射性是基本原子的爆炸分裂造成的，在以天文數(shù)字計(jì)算的原子中，某處會(huì)突然發(fā)生爆裂，放出各種射線，而所留下來(lái)的部分就成了另外的原子。如果爆裂時(shí)射出的是一個(gè)a質(zhì)點(diǎn)，則這種新元素的原子量比爆裂前將減少一個(gè)氦原子的原子量。在盧瑟福時(shí)代，只知道重原子的裂變，還不知道輕原子可以聚變，無(wú)論是裂變還是聚變部能放出能量。 盧瑟福為人正直，盡瘁科學(xué)，不阿權(quán)貴，他還是一個(gè)偉大的教育家，為人類(lèi)培養(yǎng)了許多第一流的專(zhuān)家，如玻爾、莫斯萊等。池逝世以后，每年人們都在10月19日為他進(jìn)行悼念活動(dòng)。