《原子的结构》讲义

《原子的结构》讲义第一讲原子的结构知识梳理▼一、原子结构模型的发展历程1、汤姆孙的“枣糕模型”在19世纪末，汤姆孙发现了电子。他提出原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，而电子像枣糕里的枣子一样镶嵌在其中。这是最早的原子结构模型。2、卢瑟福的α粒子散射实验与核式结构模型实验装置：用α粒子（氦核）去轰击金箔。实验现象：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但是有少数α粒子发生了较大的偏转，极少数α粒子的偏转超过了90°，有的甚至几乎达到180°。核式结构模型：卢瑟福根据这个实验提出了原子的核式结构模型。原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转。这里的重点是理解α粒子散射实验现象以及如何根据这些现象得出核式结构模型。难点在于对原子内部这种微观结构的想象和理解。我们可以把原子想象成一个大操场，原子核就像操场中间的一颗小石子，而电子就像在操场边缘绕着小石子运动的小蚂蚁。二、原子核的电荷与尺度1、原子核的电荷数原子核所带的电荷数等于核外电子数，这个电荷数我们称为原子序数，用Z表示。2、原子核的尺度原子核的半径数量级为1015m，而原子的半径数量级约为1010m。这就好比原子核是一颗小芝麻，而原子则是一个大西瓜。三、氢原子光谱1、光谱光是一种电磁波，不同颜色的光对应着不同的频率或波长。当光通过三棱镜等分光仪器时，会分解成不同颜色的光带，这个光带就叫光谱。光谱分为连续光谱和线状光谱。连续光谱是包含各种波长的光，没有明显的分界线；线状光谱是由一条条离散的谱线组成的。2、氢原子光谱的实验规律氢原子光谱在可见光区域有四条比较明显的谱线，分别用Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示。这些谱线的波长满足一定的规律。巴尔末公式：1/λ＝R(1/2²1/n²)，其中λ是波长，R是里德伯常量，n＝3,4,5,6等整数。这个公式描述了氢原子光谱在可见光区域的谱线规律。这里的重点是理解氢原子光谱的特点和巴尔末公式的意义。难点在于理解这个公式是怎么得来的以及如何用它来计算谱线的波长。我们可以把氢原子想象成一个小乐队，每个谱线就像乐队演奏出来的不同音符，而巴尔末公式就是这个小乐队演奏的乐谱规则。四、玻尔的原子模型1、玻尔原子模型的基本假设定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然做加速运动，但并不向外辐射能量，这些状态叫定态。跃迁假设：原子从一种定态（设能量为E₁）跃迁到另一种定态（设能量为E₂）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即hν＝E₂E₁，其中h是普朗克常量，ν是光子的频率。轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应，原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道也是不连续的。2、玻尔理论对氢原子光谱的解释根据玻尔理论，氢原子的能量是量子化的。当氢原子从高能级向低能级跃迁时，就会辐射出光子，光子的能量等于两个能级的能量差。这样就可以解释氢原子光谱的线状光谱特征了。这里的重点是理解玻尔的三个假设以及如何用这些假设来解释氢原子光谱。难点在于理解量子化的概念，这是比较抽象的。我们可以把原子的定态想象成楼层，电子只能在特定的楼层（定态）上，当它从高层楼跳到低层楼时，就会放出一定能量的“小包裹”（光子）。经典例题▼1、在卢瑟福的α粒子散射实验中，有少数α粒子发生大角度偏转，其原因是（）A.原子的正电荷和绝大部分质量集中在一个很小的核上B.正电荷在原子中是均匀分布的C.原子中存在着带负电的电子D.原子只能处于一系列不连续的能量状态中答案：A2、氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中（）A.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B.原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C.原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D.原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大答案：D3、根据玻尔理论，氢原子的电子由外层轨道跃迁到内层轨道后（）A.原子的能量增加，电子的动能减小B.原子的能量增加，电子的动能增加C.原子的能量减小，电子的动能减小D.原子的能量减小，电子的动能增加答案：D互动环节：同学们，我们刚刚讲了原子结构模型的发展历程，那大家能不能自己说说汤姆孙的“枣糕模型