原子結(jié)構(gòu)演變史

1、物質(zhì)是否可以無(wú)限分割？物質(zhì)是由什么構(gòu)成的？ATOM STRUCTURETAOM主講人 ： #原子結(jié)構(gòu)發(fā)展史CONTENTS哲學(xué)時(shí)代希臘哲學(xué)家德謨克利特提出：萬(wàn)物是由大量不可分割的微粒構(gòu)成，即原子近代歷經(jīng)道爾頓、湯姆生、盧瑟福、玻爾、佩蘭等科學(xué)家的不懈研究，人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)代薛定諤在海森堡提出的德布羅意關(guān)系式的基礎(chǔ)上，對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)做了適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，提出了二階偏微分的的著名的薛定諤方程式。原子概念的提出CHAPTER ONECHAPTER ONE 原子概念原子概念的提出 公元前5世紀(jì)，希臘哲學(xué)家德謨克利特提出：萬(wàn)物是由大量不可分割的微粒構(gòu)成，即原子。CHAPTER ONE 原子概

2、念上古時(shí)代的原子論不是科學(xué)理論，它只是一種哲學(xué)的推測(cè)。CHAPTER TWO近代原子學(xué)說(shuō)CHAPTER TWO 近代原子學(xué)說(shuō)道爾頓11803實(shí)心球模型湯姆生21904棗糕模型陰極射線實(shí)驗(yàn)盧瑟福31911行星模型粒子散射實(shí)驗(yàn)玻爾31913玻爾量子化軌道量子論CHAPTER TWO 道爾頓原子說(shuō) 英國(guó)化學(xué)家，道爾頓，1803年繼承古希臘樸素原子論和牛頓微粒說(shuō)，提出原子學(xué)說(shuō)：原子都是不能再分的粒子;同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同;原子是微小的實(shí)心球體。 雖然，經(jīng)過(guò)后人證實(shí)，這是一個(gè)失敗的理論模型，但道爾頓第一次將原子從哲學(xué)帶入化學(xué)研究中，明確了今后化學(xué)家們努力的方向，化學(xué)真正從古老的煉金術(shù)中擺

3、脫出來(lái)，道爾頓也因此被后人譽(yù)為近代化學(xué)之父CHAPTER TWO 湯姆生棗糕模型陰極射線實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證道爾頓的原子說(shuō)時(shí)，湯姆生發(fā)現(xiàn)在做散射實(shí)驗(yàn)中氣體在X射線照射下會(huì)變成電的導(dǎo)體。 據(jù)湯姆生的推測(cè)：這種導(dǎo)電性，可能是由于在X射線的作用下，產(chǎn)生了某種帶正電的和帶負(fù)電的微粒所引起的。 可是怎么往稱(chēng)量那么小的粒子呢？CHAPTER TWO 湯姆生棗糕模型陰極射線實(shí)驗(yàn)湯姆生利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)來(lái)丈量這種帶電粒子流的偏轉(zhuǎn)程度，以推測(cè)粒子的重量。他說(shuō)，粒子愈重，愈不易被偏折；磁場(chǎng)愈強(qiáng)，粒子被偏折愈厲害。丈量這些粒子被偏折的程度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，就能間接地測(cè)出它們的質(zhì)量，亦即能得出粒子所帶電荷與其質(zhì)量之比。CHAPTER T

4、WO 湯姆生棗糕模型陰極射線試驗(yàn)結(jié)論：（1）陰極射線由極小的帶負(fù)電的電子組成（2）電子應(yīng)該來(lái)自管中氣體的原子內(nèi)部或者金屬電極中的原子內(nèi)（3）由于任何材料的射線之荷質(zhì)比相同，所以電子是所有原子內(nèi)的一種基本粒子（4）由于荷質(zhì)比很大，所以電子一定非常小。這種原子模型很像棗糕葡萄干，所以也叫作棗糕模型。是人類(lèi)第一次發(fā)現(xiàn)并命名電子！缺陷：保留了道爾頓認(rèn)為原子是實(shí)心的觀點(diǎn)，認(rèn)為原子像西瓜一樣，電子好比西瓜子帶負(fù)電荷，西瓜瓤帶正電荷。CHAPTER TWO 盧瑟福行星模型散射實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)用準(zhǔn)直的射線轟擊厚度為微米的金箔，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的粒子都照直穿過(guò)薄金箔，偏轉(zhuǎn)很小，但有少數(shù)粒子發(fā)生角度比湯姆生模型所預(yù)言的大得

5、多的偏轉(zhuǎn)，大約有1/8000 的粒子偏轉(zhuǎn)角大于90，甚至觀察到偏轉(zhuǎn)角等于150的散射，稱(chēng)大角散射，這種大角度偏轉(zhuǎn)的 粒子對(duì)各種角度的分布并不遵守預(yù)期的概率定律。更無(wú)法用湯姆森模型說(shuō)明。因此盧瑟福提出了另一種原子模型行星模型 粒子是某些放射性物質(zhì)衰變時(shí)放射出來(lái)的氦原子核，由兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子構(gòu)成，質(zhì)量為氫原子的4倍，速度每秒可達(dá)兩萬(wàn)公里，帶正電荷。穿透力不大，在遇到物體時(shí)會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)或反彈。CHAPTER TWO 盧瑟福行星模型散射實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 絕大多數(shù)粒子穿過(guò)金箔后仍沿原來(lái)的方向前進(jìn)，但有少數(shù)粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)，并有極少數(shù)粒子的偏轉(zhuǎn)超過(guò)90，有的甚至幾乎達(dá)到180而被反彈回來(lái)，這就是粒子的散

6、射現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）原子內(nèi)大部分是空的，所以粒子可以穿過(guò)原子（2）原子所有正電荷和質(zhì)量幾乎全部集中在一個(gè)很小的區(qū)域，即原子核。CHAPTER TWO 盧瑟福行星模型散射實(shí)驗(yàn)缺陷： 雖然行星模型能夠很好的解釋散射實(shí)驗(yàn)，也提出了原子核的概念，但是沒(méi)有很好的解釋核外電子的排布。因?yàn)槲锢韺W(xué)家們很快就指出，帶負(fù)電的電子繞著帶正電的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)，這個(gè)體系是不穩(wěn)定的。兩者之間會(huì)放射出強(qiáng)烈的電磁輻射，從而導(dǎo)致電子一點(diǎn)點(diǎn)地失去自己的能量。作為代價(jià)，它便不得不逐漸縮小運(yùn)行半徑，直到最終“墜毀”在原子核上為止，整個(gè)過(guò)程用時(shí)不過(guò)一眨眼的工夫。顯然原子在常態(tài)下是穩(wěn)定的，這一推論與現(xiàn)實(shí)不符。CHAPTER TWO 玻爾

7、行星模型的修正者 在盧瑟福模型的基礎(chǔ)上，玻爾通過(guò)研究氫光譜，他提出了電子在核外的量子化軌道，解決了原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題，描繪出了完整而令人信服的原子結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。波爾模型的三條假設(shè)： 定態(tài)原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然作加速運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。躍遷原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，它輻射一定頻率的光子。軌道量子化原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)，電子的軌道分布不連續(xù)。CHAPTER TWO 玻爾行星模型的修正者 但這個(gè)理論本身仍是以經(jīng)典理論為基礎(chǔ)，且其理論又與經(jīng)典理論相抵觸。它只能解釋氫原子的光譜，在解決其他原子的光譜是就遇到了

8、困難，如把理論用于非氫原子時(shí)，理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)不符，且不能求出譜線的強(qiáng)度及相鄰譜先之間的寬度。這些缺陷主要是由于把微觀粒子(電子,原子等)看作是經(jīng)典力學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)，從而把經(jīng)典力學(xué)規(guī)律強(qiáng)加于微觀粒子上(如軌道概念)而導(dǎo)致的。 “玻爾理論”的提出，打破了經(jīng)典物理學(xué)一統(tǒng)天下的局面，開(kāi)創(chuàng)了揭示微觀世界基本特征的前景，為量子理論體系奠定了基礎(chǔ)，這是一種了不起的創(chuàng)舉。CHAPTER THREE現(xiàn)代原子學(xué)說(shuō)不確定原理CHAPTER THREE 海森堡電子云模型 一個(gè)微觀粒子的某些物理量（如位置和動(dòng)量，或方位角與動(dòng)量矩，還有時(shí)間和能量等），不可能同時(shí)具有確定的數(shù)值，其中一個(gè)量越確定，另一個(gè)量的不確定程度就越大。即

9、p* Xh/2（h是普朗克常數(shù)），它反映了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，是物理學(xué)的重要原理。這也就是說(shuō)明了在原子中，電子沒(méi)有確定的運(yùn)行軌跡，顯然行星模型違背了這一點(diǎn)。 因此薛定諤在德布羅意關(guān)系式的基礎(chǔ)上，對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)做了適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，提出了二階偏微分的的著名的薛定諤方程式。這個(gè)方程式的解，如果用三維坐標(biāo)以圖形表示的話，就是電子云。不確定原理CHAPTER THREE 海森堡電子云模型電子有波粒二象性，我們不能預(yù)言它在某一時(shí)刻究竟出現(xiàn)在核外空間的哪個(gè)地方，只能知道它在某處出現(xiàn)的機(jī)會(huì)有多少。就以單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)幾率，即幾率密度大小，用小白點(diǎn)的疏密來(lái)表示?？瓷先ズ孟褚黄瑤ж?fù)電的云狀物籠罩在原子核周?chē)?，因此叫電子云?？淇薈HAPTER THREE 更小的微?？淇?967年，三位科學(xué)家用此加速器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并最終證明夸克的存在。質(zhì)子和中子的組成:一個(gè)質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，一個(gè)中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成。SUMMARY總結(jié)SUMMARY科學(xué)的探索和研究永無(wú)止境德謨克利特道爾頓湯姆生波爾海森堡盧瑟