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第三单元第三单元 人类对原子结构的认识人类对原子结构的认识专题专题1 1 化学家眼化学家眼中的物质世界中的物质世界2010年诺贝尔化学奖获得者年诺贝尔化学奖获得者 研究成果：研究成果：为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子集为制造复杂的有机材料，需要通过化学反应将碳原子集合在一起。但是碳原子本身非常稳定，不易发生化学反应。解决该问题合在一起。但是碳原子本身非常稳定，不易发生化学反应。解决该问题的一个思路是通过某些方法让碳的化学性质更加活泼，更容易发生反应。的一个思路是通过某些方法让碳的化学性质更加活泼，更容易发生反应。2010年诺贝尔物理学奖获得者年诺贝尔物理学奖获得者 研究成果：研究成果：他们他们6年前制成的石墨烯已迅速成为物理学和材料学的热门话题，现年前制成的石墨烯已迅速成为物理学和材料学的热门话题，现在是世界上最薄的材料，仅有一个原子厚。在是世界上最薄的材料，仅有一个原子厚。石墨烯石墨烯 改变世界的新材料改变世界的新材料感受精神感受精神 学习方法学习方法 分享知分享知识识历史的脚步历史的脚步 铭记这一刻铭记这一刻感受精神感受精神 学习方法学习方法 分享知分享知识识历史的脚步历史的脚步 铭记这一刻铭记这一刻2500年前年前德谟克利特德谟克利特哲哲 学学 臆臆 测测感觉上，存在的是By convention there is color, 缤纷的色彩， By convention sweetness, 浓郁的芬芳， By convention bitterness, 深深的苦痛， But in reality there are 但实际上，存在的 atoms and space. Democritus是原子（不可分割的意思）和空间。是原子（不可分割的意思）和空间。感受精神感受精神 学习方法学习方法 分享知分享知识识历史的脚步历史的脚步 铭记这一刻铭记这一刻2500年前年前德谟克利特德谟克利特1803 所有物质都是由不可分割的原子构成。所有物质都是由不可分割的原子构成。 在化学反应中，原子种类和数目不变。在化学反应中，原子种类和数目不变。道尔顿道尔顿假说假说科学科学哲哲 学学 臆臆 测测感受精神感受精神 学习方法学习方法 分享知分享知识识历史的脚步历史的脚步 铭记这一刻铭记这一刻2500年前年前德谟克利特德谟克利特1803道尔顿道尔顿假说假说科学科学汤姆生汤姆生（前后经过（前后经过11年）年）实验现象实验现象同学们与汤姆生比肩同学们与汤姆生比肩射线粒子在电场中向正极偏转射线粒子在电场中向正极偏转带负电的粒子组成。带负电的粒子组成。多次更换材料，粒子性质相同多次更换材料，粒子性质相同原子内的一种基本粒子。原子内的一种基本粒子。电荷电荷/质量的比值很大质量的比值很大(与氢离子比）与氢离子比）电子质量非常小电子质量非常小打破不可分神话打破不可分神话1904哲哲 学学 臆臆 测测感受精神感受精神 学习方法学习方法 分享知识分享知识历史的脚步历史的脚步 铭记这一刻铭记这一刻2500年前年前德谟克利特德谟克利特1803道尔顿道尔顿假说假说科学科学汤姆生汤姆生打破不可分神话打破不可分神话1904卢瑟福卢瑟福带核原子模型带核原子模型1911质量分布在哪里？正电荷在哪里？（质量分布在哪里？正电荷在哪里？（ 粒子带粒子带2个单位正电荷）个单位正电荷）实验现象实验现象与卢瑟福比肩与卢瑟福比肩粒子粒子“几乎全部穿过几乎全部穿过”金箔金箔原子内绝大多数地方是空的原子内绝大多数地方是空的但极少数但极少数粒子被反弹了粒子被反弹了很小的核，集中了质量和正电荷很小的核，集中了质量和正电荷哲哲 学学 臆臆 测测体积很小体积很小相对质量相对质量为为4 4的带的带正电正电粒子粒子现象：现象：1、大部分大部分粒子穿过薄的金箔粒子穿过薄的金箔2、极少数极少数粒子好象打在坚硬的东西上，粒子好象打在坚硬的东西上，完全反弹回来。完全反弹回来。3、少数少数粒子穿过薄的金箔时，发生了粒子穿过薄的金箔时，发生了偏转。偏转。科学探究科学探究卢瑟福通过实验推断出：卢瑟福通过实验推断出：1、原子、原子大部分是空的。大部分是空的。2、中间有一个、中间有一个几乎集中了所有原子的质量且体积几乎集中了所有原子的质量且体积很小的粒子很小的粒子原子核。原子核。3、电子随意地围绕着一个、电子随意地围绕着一个带正电荷带正电荷的的很小很小的原子的原子核运转。核运转。1、原子核究竟是什么？、原子核究竟是什么？2、电子运动的方式是什么、电子运动的方式是什么？两个棘手的问题：两个棘手的问题：1、原子核究竟是什么？阅读材料一、原子核究竟是什么？阅读材料一这一切真是了不起，在一次世界大战之后，科学家们终于能称量原子的重量了。这一切真是了不起，在一次世界大战之后，科学家们终于能称量原子的重量了。他们发现卢瑟福的原子核模型有一个根本的问题。主要是数字与计算出的不符。他们发现卢瑟福的原子核模型有一个根本的问题。主要是数字与计算出的不符。所有已知元素的原子，除了氢之外，都比它们本应该的重得多。所有已知元素的原子，除了氢之外，都比它们本应该的重得多。例如，有两个质子的氦应该是只有一个质子的氢的两倍重。事实上是四倍重。例如，有两个质子的氦应该是只有一个质子的氢的两倍重。事实上是四倍重。你怎么想？你怎么想？卢瑟福明白这只能意味着一件事卢瑟福明白这只能意味着一件事除了质子，原子核内还有别的东西，但那除了质子，原子核内还有别的东西，但那是什么呢？是什么呢？寻找这个答案花了寻找这个答案花了12年，一直到一个人的出现。年，一直到一个人的出现。一个出身卑下的小伙子，名叫查德威克，查德威克发现的是在原子核内与质子一个出身卑下的小伙子，名叫查德威克，查德威克发现的是在原子核内与质子在一起的另一种粒子。在一起的另一种粒子。它几乎和质子一样重，但却难以捉摸的多，因为它不带电荷。技术上我们说它它几乎和质子一样重，但却难以捉摸的多，因为它不带电荷。技术上我们说它对电是中立的，因此它的名字是中子，对电是中立的，因此它的名字是中子，它立刻解决了原子重量的问题。就这样，在它立刻解决了原子重量的问题。就这样，在1932年，原子的家族完整了。年，原子的家族完整了。原子原子质子数质子数（Z）中子数中子数（N）质子数质子数+中子数中子数（A）相对原子质量相对原子质量F91018.998Na111222.990Al131426.982192327原子的质量相关问题原子的质量相关问题AZXX X表示元素符号表示元素符号Z Z表示原子的质子数表示原子的质子数A表示原子的质量数表示原子的质量数原子表示问题O8162、电子运动的方式不符合当时的科学规律？、电子运动的方式不符合当时的科学规律？阅读材料二阅读材料二玻尔：玻尔：他的思维无拘无束并做好了抛弃人的直觉和普通常识的准备，来寻找新的解释他的思维无拘无束并做好了抛弃人的直觉和普通常识的准备，来寻找新的解释.这是天才的跨越，他开始寻找有关原子结构的线索。这是天才的跨越，他开始寻找有关原子结构的线索。不是寻找物质而是借助神秘的、奇妙的光的性质。由于，原子和光有着明显的联不是寻找物质而是借助神秘的、奇妙的光的性质。由于，原子和光有着明显的联系，大多数物体被加热时会发光，而且像他们的签名一样，各不相同。系，大多数物体被加热时会发光，而且像他们的签名一样，各不相同。玻尔伟大的洞察力意识到：借助光谱，我们可以了解原子的内部结构玻尔伟大的洞察力意识到：借助光谱，我们可以了解原子的内部结构抛弃常规想法而是取代为一种整个科学界都无法接受的新思维抛弃常规想法而是取代为一种整个科学界都无法接受的新思维-量子跃迁量子跃迁整个科学界中最复杂的概念之一整个科学界中最复杂的概念之一为了验证自己的新理论玻尔用它来作一个预测。它能解释氢原子神秘的光谱吗？为了验证自己的新理论玻尔用它来作一个预测。它能解释氢原子神秘的光谱吗？经过数月周密的计算他最终得到了结果，他的预测是惊人的精确，从没有过的精经过数月周密的计算他最终得到了结果，他的预测是惊人的精确，从没有过的精确。确。看来光谱可以解释原子的结构了。但在解释多电子原子时，遇到了困难。看来光谱可以解释原子的结构了。但在解释多电子原子时，遇到了困难。但玻尔的新模式是，以一个单一的有重大争议的假设为基础的，在科学史上从没但玻尔的新模式是，以一个单一的有重大争议的假设为基础的，在科学史上从没有过类似的先例。当一个物理学家宣称跃迁的理论是胡言乱语时玻尔回答说，有过类似的先例。当一个物理学家宣称跃迁的理论是胡言乱语时玻尔回答说， 是的，你完全正确！但这不代表跃迁就不存在，只是因为你无法想象他们而已。是的，你完全正确！但这不代表跃迁就不存在，只是因为你无法想象他们而已。接下来的接下来的20年玻尔们和爱因斯坦们相互争辩、攻击中，理论得到了发展。年玻尔们和爱因斯坦们相互争辩、攻击中，理论得到了发展。1927年，确立了量子力学模型。年，确立了量子力学模型。感受精神感受精神 学习方法学习方法 分享知识分享知识历史的脚步历史的脚步 铭记这一刻铭记这一刻2500年前年前德谟克利特德谟克利特1803道尔顿道尔顿假说假说科学科学汤姆生汤姆生打破不可分神话打破不可分神话1904卢瑟福卢瑟福带核原子模型带核原子模型1911玻玻 尔尔1913轨轨 道道 模模 型型哲哲 学学 臆臆 测测原子结构的认识12第第1层层第第2层层第第3层层282原子（离子）结构示意图原子（离子）结构示意图Mg2+O 22个电子个电子活泼活泼稳定稳定氧化镁的生成氧化镁的生成元素元素化合价化合价原子最外层电原子最外层电子数目子数目失去（或得到）失去（或得到）电子的数目电子的数目NaNaMgMg2 2O O6 6ClCl-1-1讨论：讨论：1、在活泼非金属与活泼金属化合的过程中，在活泼非金属与活泼金属化合的过程中， 原子在反应中原子在反应中得失得失电子电子数目数目与其在化合物中与其在化合物中 呈现的化合价呈现的化合价正负正负与与数值数值之间存在什么关系？之间存在什么关系？ 2、原子得失电子后最外层有什么结果？原子得失电子后最外层有什么结果？+1+1+2+2-2-21 17 7失去失去1 1个个失去失去2 2个个得到得到2 2个个得到得到1 1个个原子得失电子与化合价的联系原子得失电子与化合价的联系感受精神感受精神 学习方法学习方法 分享知识分享知识历史的脚步历史的脚步 铭记这一刻铭记这一刻2500年前年前德谟克利特德谟克利特1803道尔顿道尔顿假说假说 科学科学汤姆生汤姆生打破不可分神话打破不可分神话1904卢瑟福卢瑟福带核原子模型带核原子模型1911玻玻 尔尔1913轨轨 道道 模模 型型 探索未有穷探索未有穷期期 量子力学模型量子力学模型1926许多人许多人哲哲 学学 臆臆 测测
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