原子的結(jié)構(gòu)課件

原子的結(jié)構(gòu)原子的定義和組成定義原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元。它是一個(gè)包含帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的電子的中性粒子。組成原子核位于原子的中心，由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成。電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)，形成電子云。原子的三種基本粒子質(zhì)子帶正電荷，質(zhì)量約為1.6726×10-27kg，決定原子核的電荷數(shù)，即原子序數(shù)，決定原子的化學(xué)性質(zhì)。中子不帶電荷，質(zhì)量略大于質(zhì)子，約為1.6749×10-27kg，與質(zhì)子共同構(gòu)成原子核，決定原子核的質(zhì)量數(shù)。電子帶負(fù)電荷，質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于質(zhì)子和中子，約為9.1094×10-31kg，在原子核外運(yùn)動(dòng)，決定原子的化學(xué)性質(zhì)。質(zhì)子的特性帶正電質(zhì)子帶一個(gè)單位的正電荷。質(zhì)量質(zhì)子的質(zhì)量大約是1.6726×10-27千克。原子核質(zhì)子是原子核的重要組成部分，決定了原子的種類。中子的特性1無(wú)電荷中子不帶電，因此不與其他帶電粒子相互作用。2質(zhì)量中子的質(zhì)量略大于質(zhì)子的質(zhì)量，約為1.008665個(gè)原子質(zhì)量單位(amu)。3存在于原子核中中子與質(zhì)子一起構(gòu)成原子核，并有助于原子核的穩(wěn)定性。電子的特性帶負(fù)電電子帶負(fù)電，其電量為1.602×10-19庫(kù)侖。質(zhì)量很小電子的質(zhì)量約為9.109×10-31千克，遠(yuǎn)小于質(zhì)子和中子。運(yùn)動(dòng)速度快電子在原子核周圍以高速運(yùn)動(dòng)，其速度可達(dá)光速的幾分之一。決定化學(xué)性質(zhì)電子的排列方式和數(shù)量決定了原子的化學(xué)性質(zhì)。電子層的結(jié)構(gòu)電子層是原子中電子按照能量高低排列的區(qū)域。原子核周圍的電子不是雜亂無(wú)章的，而是按照一定的規(guī)律排布在不同的電子層上。每個(gè)電子層都對(duì)應(yīng)著一定的能量，離原子核越近的電子層能量越低，離原子核越遠(yuǎn)的電子層能量越高。電子層用數(shù)字來(lái)表示，離原子核最近的電子層為第一電子層，記為K層，第二電子層為L(zhǎng)層，第三電子層為M層，依此類推。電子在不同電子層上運(yùn)動(dòng)，就像行星繞著恒星運(yùn)動(dòng)一樣，但電子的運(yùn)動(dòng)是受量子力學(xué)規(guī)律支配的，并不是像行星那樣沿著固定的軌道運(yùn)行。電子殼層電子殼層是指原子中電子按照能量高低排列的區(qū)域，每個(gè)電子殼層對(duì)應(yīng)一個(gè)能級(jí)。原子核外的電子通常會(huì)占據(jù)能量最低的殼層，這被稱為基態(tài)。當(dāng)電子吸收能量時(shí)，它可以躍遷到更高的能級(jí)，形成激發(fā)態(tài)。不同的電子殼層有不同的名稱和符號(hào)。最靠近原子核的殼層被稱為K層，其次是L層，M層，等等。電子殼層可以用數(shù)字1，2，3，...來(lái)表示，分別對(duì)應(yīng)于K層，L層，M層。例如，氫原子的電子在1s軌道上，表示它在K層。電子的布居規(guī)律1能量最低原理電子首先填充能量最低的電子層和亞層2泡利不相容原理一個(gè)原子軌道最多只能容納兩個(gè)電子，且自旋方向相反3洪特規(guī)則當(dāng)多個(gè)軌道能量相同時(shí)，電子優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)每個(gè)軌道，且自旋方向相同原子的大小10^-10米原子非常小，大約為10^-10米，也就是一億分之一厘米。100萬(wàn)億分之一原子的大小相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的十萬(wàn)分之一。原子質(zhì)量和原子量原子質(zhì)量原子量原子質(zhì)量是指一個(gè)原子的實(shí)際質(zhì)量，而原子量是根據(jù)原子質(zhì)量的相對(duì)值。同位素的概念原子核原子核由質(zhì)子和中子組成。質(zhì)子帶正電，中子不帶電。同位素具有相同原子序數(shù)（質(zhì)子數(shù)）但中子數(shù)不同的原子稱為同位素。例子例如，碳-12和碳-14都是碳的同位素。碳-12有6個(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子，而碳-14有6個(gè)質(zhì)子和8個(gè)中子。同位素的性質(zhì)放射性一些同位素具有放射性，這意味著它們會(huì)發(fā)射出能量和粒子，用于醫(yī)療診斷和治療。核反應(yīng)同位素可以參與核反應(yīng)，例如核裂變和核聚變，釋放巨大能量，應(yīng)用于核能發(fā)電。年代測(cè)定一些放射性同位素，如碳-14，具有已知的半衰期，可用于測(cè)定古代文物和化石的年代。原子核的結(jié)構(gòu)原子核由質(zhì)子和中子組成，占據(jù)原子質(zhì)量的絕大部分，并決定元素的種類。質(zhì)子和中子被稱為核子，它們的質(zhì)量幾乎相同。原子核的電荷由質(zhì)子的數(shù)量決定，稱為原子序數(shù)。原子核力強(qiáng)力原子核力是將質(zhì)子和中子束縛在一起的力。它比電磁力強(qiáng)得多。短程力原子核力只在原子核內(nèi)起作用，而不會(huì)影響原子核外的電子。獨(dú)立于電荷原子核力與質(zhì)子和中子的電荷無(wú)關(guān)，它作用于所有核子。原子核的穩(wěn)定性質(zhì)子與中子原子核中質(zhì)子之間的排斥力很大，而中子起著重要的作用，它們可以增強(qiáng)核力，使原子核更加穩(wěn)定。質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的比例對(duì)穩(wěn)定性至關(guān)重要，穩(wěn)定原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之間通常存在著某種特定的比例。核能級(jí)原子核中的核子處于特定的能級(jí)上，如果核能級(jí)比較低，原子核會(huì)更加穩(wěn)定。放射性原子核1不穩(wěn)定核原子核中質(zhì)子和中子的比例不穩(wěn)定，導(dǎo)致原子核發(fā)生衰變。2能量釋放衰變過(guò)程中釋放能量，以粒子或電磁輻射的形式。3放射性物質(zhì)含有放射性原子核的物質(zhì)，會(huì)持續(xù)釋放能量。放射性衰變?cè)雍瞬环€(wěn)定放射性原子核，由于核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)比例不當(dāng)，導(dǎo)致原子核處于不穩(wěn)定狀態(tài)。自發(fā)發(fā)射粒子為了達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，放射性原子核會(huì)自發(fā)地發(fā)射出α粒子、β粒子或γ射線。轉(zhuǎn)化為新原子核放射性衰變的過(guò)程，導(dǎo)致原子核的組成發(fā)生變化，最終轉(zhuǎn)化為新的原子核。放射性的種類α衰變放射性原子核放出α粒子，α粒子是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子組成的β衰變放射性原子核放出β粒子，β粒子是高速電子γ衰變放射性原子核放出γ射線，γ射線是高能電磁波放射性的應(yīng)用1醫(yī)療領(lǐng)域放射性同位素用于診斷和治療疾病，例如癌癥。2工業(yè)領(lǐng)域放射性同位素用于檢測(cè)材料缺陷和控制生產(chǎn)流程。3考古學(xué)放射性碳定年法用于確定文物和化石的年代。原子模型的發(fā)展1湯姆森模型原子是帶正電的球體，里面鑲嵌著帶負(fù)電的電子2盧瑟福模型原子中心有一個(gè)帶正電的核，電子繞著原子核旋轉(zhuǎn)3玻爾模型電子只能在特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，軌道半徑和能量是量子化的4量子力學(xué)模型用概率分布來(lái)描述電子在原子核周圍空間的位置和運(yùn)動(dòng)湯姆森模型原子模型湯姆森模型提出原子是一個(gè)帶正電的球體，其中均勻分布著帶負(fù)電的電子，像布丁中的葡萄干一樣。模型的缺陷該模型無(wú)法解釋?duì)亮Ｗ由⑸鋵?shí)驗(yàn)的結(jié)果，它表明原子大部分空間是空的。盧瑟福模型原子核原子核是一個(gè)帶正電的中心區(qū)域，它包含了原子的大部分質(zhì)量。電子云電子在原子核外繞著原子核運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)帶負(fù)電的電子云。玻爾模型電子軌道玻爾模型假設(shè)電子只能在特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道與原子核保持一定的距離。量子躍遷電子可以從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道，吸收或釋放特定能量的光子。量子力學(xué)模型概率云電子不是在固定軌道上運(yùn)動(dòng)，而是以概率云的形式存在，即電子出現(xiàn)在原子核周圍某一點(diǎn)的概率大小。量子數(shù)描述電子的狀態(tài)需要四個(gè)量子數(shù)，分別是主量子數(shù)、角量子數(shù)、磁量子數(shù)和自旋量子數(shù)。原子結(jié)構(gòu)的應(yīng)用化學(xué)性質(zhì)了解原子結(jié)構(gòu)可以解釋物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，如元素的周期性。物理性質(zhì)原子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的物理性質(zhì)密切相關(guān)，例如電導(dǎo)率、磁性。材料科學(xué)通過(guò)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的了解，我們可以設(shè)計(jì)新型材料，例如半導(dǎo)體、超導(dǎo)體。原子結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)1電子層和化學(xué)鍵原子最外層電子的數(shù)量決定了原子的化學(xué)性質(zhì)，影響著原子如何形成化學(xué)鍵。2元素周期表和周期律元素周期表根據(jù)原子結(jié)構(gòu)對(duì)元素進(jìn)行分類，反映了元素周期律，即元素性質(zhì)隨原子序數(shù)的變化規(guī)律。3化學(xué)反應(yīng)原子通過(guò)形成化學(xué)鍵參與化學(xué)反應(yīng)，改變物質(zhì)的組成和性質(zhì)。原子結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)熔點(diǎn)和沸點(diǎn)原子的結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。例如，金的熔點(diǎn)很高，因?yàn)樗哂袕?qiáng)烈的金屬鍵。硬度鉆石的硬度非常高，因?yàn)樗哂袌?jiān)固的共價(jià)鍵。導(dǎo)電性金屬具有良好的導(dǎo)電性，因?yàn)樗鼈兊碾娮涌梢宰杂梢苿?dòng)。非金屬的導(dǎo)電性很差，因?yàn)樗鼈兊碾娮颖皇`在原子中。課后習(xí)題