【正文】 rford 的有核原子模型從理論上解釋氫原子光譜時，這一原子模型受到了強烈的挑戰(zhàn)。 圖 6－ 1 氫原子光譜實驗示意圖 任何原子被激發(fā)時，都可以給出原子光譜，而且每種原子都有自己的特征光譜。由此，才真正形成了經典的原子模型。 1932 年英國物理學家 J. Chadwick 進一步發(fā)現穿透性很強但不帶電荷的粒子流，即中子。 英國物理學家 G. J. Mosley 在 1913 年證實了原子核的正電荷數等于核外電子數，也等于該原子在元素周期表中的原子序數。該模型認為原子中有一個極小的核，稱為原子核，它幾乎集中了原子的全部質量，帶有若干個正電荷。法國化學家 M. S. Curie以鈾的放射性為基礎進行研究，陸續(xù)發(fā)現了放射性元素鐳、釙等，發(fā)現了放射過程中的 α 粒子、 β 粒子和 γ 射線。 X射線能穿過一定厚度的物質，能使熒光物質發(fā)光，感光材料感光，空氣電離等。1895 年德國的物理學家 W. C. Rongen 首先發(fā)現了 X－射線。 1909年美國科學家 R. A. Millikan 通過他的有名的油滴實驗，測出了一個電子的電量為 1019 C，通過電子的荷質比得到電子的質量 m = 1028 g。 1879 年，英國物理學家 發(fā)現了陰極射線。 19 世紀末和 20 世紀初，在電子、質子、放射性等一批重大發(fā)現的基礎上，建立了現代原子結構模型。 ?每一種元素有一種原子； ?同種元素的原子質量相同，不同種元素的原子質量不相同； ?物質的最小單位是原子，原子不能再分；一種原子不會轉變成為另一種原子； Dalton 的原子論解釋了一些化學現象，極大地推動了化學的發(fā)展，特別是他提出了原子量的概念，為化學進入定量階段奠定了基礎。 1805 年，英國化學家 J. Dalton 提出了化學原子論。 原子 atom 一詞源于希臘語，原義是 “ 不可再分的部分 ” 。 s、 p、 d原子軌道輪廓圖及應用。 復賽要求：原子結構 四個量子數的物理意義及取值。競賽 ≠高考 ? 選拔率極低 一等獎 1% ? 是課外活動 每周都要有活動 ? 需長年累月 初賽 120 小時活動 ? 需自學為主 自學時間 講座時間 ? 知識要求高 競賽基本要求 ? 能力要求高 本質上是智力競賽 有興趣 學有余力 自愿 原子結構與元素周期律 專題一 初賽要求：原子結構 核外電子的運動狀態(tài) : 用 s、 p、 d等表示基態(tài)構型（包括中性原子、正離子和負離子）核外電子排布。電離能、電子親合能、電負性。氫原子和類氫離子的原子軌道能量的計算。 6－ 1 近代原子結構理論的確立 6－ 1－ 1 原子結構模型 古希臘哲學家 Democritus 在公元前 5 世紀指出，每一種物質是由一種原子構成的；原子是物質最小的、不可再分的、永存不變的微粒。 直到 18 世紀末和 19 世紀初，隨著質量守恒定律、當量定律、倍比定律等的發(fā)現，人們對原子的概念有了新的認識。其主要觀點為 : ?化學反應只是改變了原子的結合方式，是使反應前的物質變成了反應后的物質。 但是這一理論不能解釋同位素的發(fā)現，沒有說明原子與分子的區(qū)別，不能闡明原子的結構與組成。 雖然人類很早就從自然現象中了解了電的性質，但對電的本質認識是從 18 世紀末葉對真空放電技術的研究開始的。隨后，在 1897 年英國物理學家 J. J. Thomson 進行了測定陰極射線荷質比的低壓氣體放電實驗，證實陰極射線就是帶負電荷的電子流，并得到電子的荷質比 e∕m = 108 C?g1。 放射性的發(fā)現是 19 世紀末自然科學的另一重大發(fā)現。這種射線最初是由真空放電管中高能量的陰極射線撞擊玻璃管壁而產生的，用高速電子流轟擊陽極靶也可產生 X射線。 1896 年法國物理學家 A. H. Becquerel 對幾十種熒光物質進行實驗，意外地發(fā)現了鈾的化合物放射出一種新型射線。 1911 年， Rutherford 根據 α 粒子散射的實驗，提出了新的原子模型，稱為原子行星模型或核型原子模型。而數量和核電荷相等的電子在原子核外繞核運動，就像行星繞太陽旋轉一樣，是一個相對永恒的體系。 雖然早在 1886 年德國科學家 E. Goldstein 在高壓放電實驗中發(fā)現了帶正電粒子的射線，直到 1920 年人們才將帶正電荷的氫原子核稱為質子。后來在霧室中證明，中子也是原子核的組成粒子之一。 6－ 1－ 2 氫原子光譜 用如圖 6－ 1 所示的實驗裝置，可以得到氫的線狀光譜，這是最簡單的一種原子光譜。這使人們意識到原子光譜與原子結構之間勢必存在著一定的關系。 1913 年，丹麥物理學家 Bohr 提出了新的原子結構理論，解釋了當時的氫原子線狀光譜，既說明了譜線產生的原因，也說明了譜線的波數所表現出的規(guī)律性。 Planck 認為在微觀領域能量是不連續(xù)的，物質吸收或放出的能量總是一個最小的能量單位的整倍數。 1905 年瑞士科學家 Einstein 在解釋光電效應時，提出了光子論。光子能量的大小與光的頻率成正比 E = h? （ 6－ 3） 式中 E 為光子的能量， ? 為光子的頻率， h 為 Planck 常數，其值為 ?1034 J?s。 電量的最小單位是一個電子的電量。量子化是微觀領域的重要特征，后面我們還將了解到更多的量子化的物理量。 Bohr 計算了氫原子的原子軌道的能量，結果如下 式中 eV 是微觀領域常用的能量單位，等于 1 個電子的電量 ? 1019 C 與 1 V 電勢差的乘積，其數值為 ? 1019 J。 （ 6－ 4） E= n2 eV 將 n 值 3 ? ? 分別代入式（ 6－ 4）得到 n = 1時， E1 = － eV， n = 2時， E2 = － ， n = 3時， E3 = － ， 隨著 n 的增加，電子離核越遠，電子的能量以量子化的方式不斷增加。 Bohr 理論認為，電子在軌道上繞核運動時，并不放出能量。同時氫原子也不會因為電子墜入原子核而自行毀滅。 原子中的各電子盡可能在離核最近的軌道上運動，即原子處于基態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，可以躍遷回低能量的軌道上，并以光子形式放出能量，光的頻率決定于軌道的能量之差： h? = E2 – E1 或 v = (E2 E1) / h （ 6－ 5） 式中 E2 為高能量軌道的能量， E1 為低能量軌道的能量，? 為頻率， h 為 Planck 常數。玻爾理論雖然引用了 Planck 的量子論，但在計算氫原子的軌道半徑時，仍是以經典力學為基礎的，因此它不能正確反映微粒運動的規(guī)律，所以它為后來發(fā)展起來的量子力學和量子化學所取代勢所必然。直到 20 世紀初人們才逐漸認識到光既有波的性質又具有粒子的性質，即光具有波粒二象性。 1927 年 ， 美國物理學家 C. J. Davisson 和 L. H. Germer 進行了電子衍射實驗 ， 當高速電子流穿過薄晶體片投射到感光屏幕上 ， 得到一系列明暗相間的環(huán)紋 ， 這些環(huán)紋正象單色光通過小孔發(fā)生衍射的現象一樣 。 6－ 2－ 2 測不準原理 在經典力學體系中 ， 我們研究宏觀物體的運動規(guī)律 ， 曾涉及到勻速直線運動 ， 變速直線運動 ， 圓周運動 ，平拋或斜拋運動等等 。 于是能同時準確地知道某一時刻運動物體的位置和速度及具有的動量 P。 其數學表達式為： ?x ? ?P ≥ h / 2 π （ 6－ 11） 或