原子结构理论模型发展史
道尔顿的原子模型
英国自然科学家约翰·道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学理论，提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下三点[11]：
①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子组成；
②同种元素的原子的各种性质和质量都相同，不同元素的原子，主要表现为质量的不同；
③原子是微小的、不可再分的实心球体；
④原子是参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失。
虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但，道尔顿第一次将原子从哲学带入化学研究中，明确了今后化学家们努力的方向，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来，道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”。
葡萄干布丁模型
葡萄干布丁模型由汤姆生提出，是第一个存在着亚原子结构的原子模型。
汤姆生在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型，汤姆生认为[11]：
①正电荷像流体一样均匀分布在原子中，电子就像葡萄干一样散布在正电荷中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消；
②在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。
汤姆生的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型的正确性。
土星模型
在汤姆生提出葡萄干布丁模型同年，日本科学家提出了土星模型，认为电子并不是均匀分布，而是集中分布在原子核外围的一个固定轨道上[16]。
行星模型
行星模型由卢瑟福在提出，以经典电磁学为理论基础，主要内容有[11]：
①原子的大部分体积是空的；
②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核；
③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。
随着科学的进步，氢原子线状光谱的事实表明行星模型是不正确的。
玻尔的原子模型
为了解释氢原子线状光谱这一事实，卢瑟福的学生玻尔接受了普朗克的量子论和爱因斯坦的光子概念在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。玻尔原子结构模型的基本观点是[12]：
①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道（orbit)上绕原子核运动，不辐射能量
②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（E），且能量是量子化的，轨道能量值依n（1，2，3，...）的增大而升高，n称为量子数。而不同的轨道则分别被命名为K（n=1)、L(n=2)、N(n=3)、O(n=4)、P(n=5)。
③当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。
玻尔的原子模型很好的解释了氢原子的线状光谱，但对于更加复杂的光谱现象却无能为力。现代量子力学模型
物理学家德布罗意、薛定谔和海森堡等人，经过13年的艰苦论证，在现代量子力学模型在玻尔原子模型的基础上很好地解释了许多复杂的光谱现象，其核心是波动力学。在玻尔原子
模型里，轨道只有一个量子数（主量子数），现代量子力学模型则引入了更多的量子数（quantum number)[11][12]。
①主量子数（principal quantum number)，主量子数决定不同的电子层，命名为K、L、M、N、O、P、Q
②角量子数(angular quantum number)，角量子数决定不同的能级，符号“l”共n个值（1，2，3，...n-1)，符号用s、p、d、f，表示对多电子原子来说，电子的运动状态与l有关。
③磁量子数（magnetic quantum number)磁量子数决定不同能级的轨道，符号“m”（见下文“磁矩”）。仅在外加磁场时有用。“n”“l”“m”三个量确定一个原子的运动状态。
④ 自旋磁量子数（spin m.q.n.）处于同一轨道的电子有两种自旋，即“↑↓”目前，自旋现象的实质还在探讨当中。
第三单元人类对原子结构的认识 原子结构模型的演变 ［学习目标］ 1?通过对原子结构模型演变历史的了解，认识假说、实验等科学方法在人类探索原子结构奥秘过程中的作用。 2.知道核外电子是分层排布的并了解1?18号元素的电子排布情况。 3?了解活泼金属元素和活泼非金属元素的原子在化学反应过程中常通过电子得失使最 外层达到8电子稳定结构的事实，并通过氧化镁、氯化钠的形成初步了解钠与氯、镁与氧气反应的本质。［知识梳理］ 1. 19世纪初英国科学家_____________ 提出了原子学说，认为____________________________ 19世纪末，科学家_______________ 发现原子中存在电子，并于1904年提出了__________ 式的原子结构模型。 1911年，英国物理学家卢瑟福提出_____________________ 原子结构模型，认为_____________ 1913年，丹麦物理学家___________________________ 提出了原子结构的轨道模型，认 为______________________________________________________________________ 。 1926年，科学家又提出了原子结构的量子力学模型。现在人们可以近似认为，多电子 原子中，核外电子是______________________ 排布的。 2.由课本给出的H、He、0、Ne、Mg原子的核外电子排布示意图，你能归纳出哪些核外电子排布的规律？ 3.稀有气体的原子结构很稳定，与此相关的核外电子排布特点是______________
原子结构理论模型发展史 道尔顿的原子模型 英国自然科学家约翰·道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学理论，提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下三点[11]： ①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子组成； ②同种元素的原子的各种性质和质量都相同，不同元素的原子，主要表现为质量的不同； ③原子是微小的、不可再分的实心球体； ④原子是参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失。 虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但，道尔顿第一次将原子从哲学带入化学研究中，明确了今后化学家们努力的方向，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来，道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”。 葡萄干布丁模型 葡萄干布丁模型由汤姆生提出，是第一个存在着亚原子结构的原子模型。 汤姆生在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型，汤姆生认为[11]： ①正电荷像流体一样均匀分布在原子中，电子就像葡萄干一样散布在正电荷中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消； ②在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。 汤姆生的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型的正确性。 土星模型 在汤姆生提出葡萄干布丁模型同年，日本科学家提出了土星模型，认为电子并不是均匀分布，而是集中分布在原子核外围的一个固定轨道上[16]。 行星模型 行星模型由卢瑟福在提出，以经典电磁学为理论基础，主要内容有[11]： ①原子的大部分体积是空的； ②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核； ③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。 随着科学的进步，氢原子线状光谱的事实表明行星模型是不正确的。 玻尔的原子模型 为了解释氢原子线状光谱这一事实，卢瑟福的学生玻尔接受了普朗克的量子论和爱因斯坦的光子概念在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。玻尔原子结构模型的基本观点是[12]： ①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道（orbit)上绕原子核运动，不辐射能量 ②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（E），且能量是量子化的，轨道能量值依n（1，2，3，...）的增大而升高，n称为量子数。而不同的轨道则分别被命名为K（n=1)、L(n=2)、N(n=3)、O(n=4)、P(n=5)。 ③当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。 玻尔的原子模型很好的解释了氢原子的线状光谱，但对于更加复杂的光谱现象却无能为力。现代量子力学模型 物理学家德布罗意、薛定谔和海森堡等人，经过13年的艰苦论证，在现代量子力学模型在玻尔原子模型的基础上很好地解释了许多复杂的光谱现象，其核心是波动力学。在玻尔原子
第1章 原子的核结构和卢瑟福模型 原子的质量和大小 1. 原子的质量 自然界中一百多种元素的原子，其质量各不相同.将其中最丰富的12C 原子的质量定为12个单位，记为12u ，u 为原子质量单位. 227-931.5MeV /c kg 101.660) (1121)(121u =?=== A A N g N g A 是原子量，代表一摩尔原子以千克为单位的质量数.A N 是阿伏伽德罗常数—— 一摩尔物质中的原子数目. 2. 原子的大小 将原子看作是球体,其体积为 , 一摩尔原子占体积为: 31 43??? ??=A N A r πρ,)( 3 4 3ρπg A N r A ≡ ) g/cm (3ρ是原子质量密度. 原子的半径为： 31 43?? ? ??=A N A r πρ 例如 Li （锂）原子 A =7， =， r Li =； Pb （铅）原子 A =207， =， r Pb =； 3. 原子的组成 1897年汤姆逊从放电管中的阴极射线发现了带负电的电子, 并测得了e/m 比.1910年密立根用油滴实验发现了电子的电量值为e =×10 －19 （c ） 从而电子质量是： -4u -31e 105.487 20.511MeV /c kg 109.109m ?==?= 3 3 4r π
原子核式结构模型 1.汤姆逊原子模型 1903年英国科学家汤姆逊提出“葡萄干蛋糕”式原子模型或称为“西瓜”模型. 2．α粒子散射实验 实验装置和模拟实验 R:放射源 F:散射箔 S:闪烁屏 B:圆形金属匣 A:代刻度圆盘 C:光滑套轴 T:抽空B的管 M:显微镜 ( a ) 侧视图( b ) 俯视图结果 大 多 数散射角很小，约1/8000散射大于90°； 极个别的散射角等于180°.
第一讲原子结构的发展史 学习目标： 1．了解原子结构的发展历史 2．熟悉相应化学用语表示方法 3．掌握微粒计算方法、概念差异的比较 4．掌握核外电子排布及其相关理论 教学过程： 1．发展历史与实验 原子结构模型的演变图中，⑴为道尔顿实心球式原子模型、⑵为卢瑟福行星运转式原子模型、⑶为汤姆生葡萄干面包式原子模型、⑷为近代量子力学原子模型、⑸为玻尔轨道式原子模型。其中符合历史演变顺序的一组排列是 A．⑴⑶⑵⑸⑷ B．⑴⑵⑶⑷⑸ C．⑴⑸⑶⑵⑷ D．⑴⑶⑸⑷⑵ 2．组成原子的基本粒子之间的关系 （1）质子数决定_________的种类；质子数和中子数决定________的种类 （2）A Z X代表一个质量数为_______，质子数为_______，中子数为______，核外电子数为___________的原子 （3）质量数==_________ + ___________，对任一原子，核电荷数==_________；对中性原子，核外电子数==__________________ （4） Z X n-中核外电子数==______________， Z X n+中核外电子数==____________ 课堂练习： 1：在物质结构研究的历史上，根据量子论的观点，首先提出原子核外电子在一系列稳定轨道上运动并较好地解释了氢原子光谱的科学家是 A．汤姆生B．卢瑟福C．道尔顿 D．玻尔
2．两种微粒的质子数和电子数都相等，它们不可能是 A．一种阳离子和一种阴离子 B．一种单质分子和一种化合物分子 C．一种分子和一种离子 D．一种原子和一种分子 2．核外电子排布的初步 核外电子以极高的速度、在极小的空间作应不停止的运转。不遵循宏观物体的运动规律（不能测出在某一时刻的位置、速度，即不能描画出它的运动轨迹）。 可用统计（图示）的方法研究电子在核外出现的概率。电子云——电子在核外空间一定范围内出现的机会的大小，好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，人们形象的称为电子云。电子云图中小黑点的疏密表示___________，成______________关系。 原子核外电子的运动特征 （一）电子层（又称能层）：分层依据：能量的较大差别； 电子运动的主要区域或离核远近的不同。 （二）原子轨道——电子亚层 轨道的类型不同，轨道的形状也不同。 用s、p、d、f分别表示不同形状的轨道。 原子轨道表示方法：表示为ns，np，nd，nf等。 原子轨道种类数与电子层序数_______。 （三）轨道的伸展方向 思考：各原子轨道的能量高低：（提高是多电子原子中，电子填充原子轨道时） ①相同电子层上原子轨道能量的高低：ns ___np____ nd _____ nf ②形状相同的原子轨道能量的高低：1s ____ 2s______3s______ 4s…… ③电子层和形状相同的原子轨道的能量高低：2px____2py______2pz 巩固练习： 1．下列轨道含有轨道数目为3的是（）
“原子结构发展史”文字材料 材料一：英国化学家道尔顿（1766—1844）最大的贡献是把古代模糊的原子假说发展为科学的原子理论，为近代化学的发展奠定了重要的基础。他认为物质由原子构成，原子像一个实心的玻璃球不可再分。材料二：原子“绝对不可再分”的观点在19世纪末受到了新的科学发现的冲击。1879年，英国剑桥大学物理学家汤姆生利用阴极射线能被电场和磁场联合偏转的作用，验证了一种带负电荷的粒子是原子的共同组成部分，并称之为电子。1903年电子发现者汤姆生提出一个原子的“葡萄干面包”模型，认为由于原子对外不显电性，所以原子是一种正电荷平均分布着的粒子，电子嵌在原子中，如同葡萄干嵌在面包中一样。 材料三：1909年，英国物理学家卢瑟福用一束高能的带正电的氦离子流轰击薄金箔时发现，绝大多数粒子几乎不受阻碍而直接通过金箔，说明原子内部很空旷；但也有极少数（约万分之几）粒子穿过金箔后发生偏转，个别粒子甚至被反弹回来。卢瑟福设想，这是由于原子中存在一个几乎集中了原子全部质量并带正电荷的极小的核，是它对粒子产生了静电排斥作用。1911年，卢瑟福提出了原子结构的“核式模型”：每个原子中心有一个体积极小的原子核，它却几乎集中了原子的全部质量并带有Z个单位正电荷，核外有Z个电子绕核旋转，原子对外不显电性，电子绕核如同行星绕日运行，因此这一模型也被称为“行星式模型”。 材料四：原子核还可以再分吗？答案是：可以！卢瑟福还发现，在原
子核内部有质子，每个质子带一个单位的正电荷。到1932年，科学家查德威克发现了原子核内有不带电的中子。 材料五：后来，由于对原子光谱的深入研究和量子力学的出现，科学家又推翻了核外电子运动的轨道学说，认为电子具有波粒二象性，它绕核做高速运转，却没有固定轨道，只能用电子云表示电子在某位置出现的频率，这样现代原子结构理论逐步形成了。
原子模型的发展及量子力学的建立 林元兴（安庆师范学院物理与电气工程学院安徽安庆246011 ） 指导教师：张青林 摘要：自从汤姆逊通过阴极射线发现电子以后，人们逐步开始研究原子的内部结构及运动。通过不断的改进、修正，建立了一个相对完整的原子结构模型。本文结合物理学史料，从原子模型入手，扼要地对不同时期各种原子模型作以下介绍和表述，目的在于更好地了解近代物理尤其是量子力学思想及其发展过程，加深对原子模型的微观认识。 关键词：原子模型，几率定律，双重解理论，孤子（Soliton）模型 1.引言—原子模型建立前奏 任何物质都是由原子构成，原子只是物质基本结构的一个层次，物质的这种原子观只是在十六世纪之后才被人们普遍接受。1806年，法国普鲁斯特（J.L.Proust）发现化合物分子的定组成定律；1807年，英国道尔顿（J.Dalton）发现倍比定律，并提出原子论；1811年，意大利啊伏加德罗（A.Avogadro）提出同体积气体在同温同压下含有同数目之分子的假说；1815年，英国普劳托（Prout）根据许多元素的原子量的都接近于氢原子量的整数倍而提出所有的元素都是由氢构成的假设；1826年，英国布朗（R.Brown）观察到液体中的悬浮微粒作无规则的起伏运动；1833年，英国法拉第（M.Faraday）提出电解定律，并把化学亲和力归为电力；1869年，俄国门捷列夫（D.Mendeleev）提出元素周期律；1881年，美国斯通尼（G.J.Stoney）提出“电子”概念，并用阿伏加德罗常数Ｎa和法拉第常数F推出这一基本电荷的近似值为e=F/Na；1885年，瑞士巴尔未（J.J.Balmer）提出氢原子光谱的巴尔未线系；1889年，瑞士里德泊（J.R.Rydberg）提出里 德伯方程ν=1 λ =R H( 2 1 n - 2 1 'n ),R H=109677.58cm-1为里德伯常数；1895年，德国伦琴（W.K.Rontgen）发现x 射线；1896年，法国贝克勒尔(A.H.Becquerel)发现了铀的放射性；1897年，法国居里夫妇（P.&M.Curie）发现了放射性元素钋和镭；1896年，荷兰塞曼（P.Zeeman）发现处于磁场中的原子光谱分裂的所谓塞曼效应；1897年，英国汤姆逊（J.J.Thomson）确认电子的存在；1897年，德国的卢瑟福（M.Rutherford）发现了射线，1900年又发现了γ射线，到此，拉开了近代物理的序幕。 2.原子的Thomson模型（西瓜模型） 自汤姆逊发现电子以来，以原子中正、负电荷提出了许多见解，历经1898年、1903年到1907年，汤姆逊通过不断的完善而提出原子的葡萄干布丁模型（即西瓜模型）；原子的正电荷均匀分布在整个半径为10-10米的原子球体（汤姆逊球）内，而电子则象面包中的葡萄干（或象西瓜中的瓜子）那样嵌在各处，为了解释元素周期律，汤姆逊还假设：电子分布在一个个环上，第一个环上只可放5个电子，第二只环上可放10个电子；假如一个原子有70个电子，那么必须有6只同心环，汤姆逊原子模型虽然很快被以后的试验所否定，但它所包含的“同心环”、“环上只能安置有限个电子”的概念，却是十分宝贵的。
人类研究原子结构的历史发展历程 解滨泽 一．道尔顿原子学说 各种物质的原子，它们各自的形状、大小、重量一定是相同的，不同物质的原子，其形状、大小及重量必不相同。为此，他曾经作出这样的推理：假如水的某些原子比其他的水原子重，再假如某一体积的水恰恰由这些较重的水原子组成，那么这一体积的水的比重必然较其他水的比重要大（这显然与事实不符，因为我们知道无论从什么地方得来的纯水的比重都是相同的）。由此及彼，其他物质也是如此。道尔顿又指出，不同气体的原子的大小必然各异。他说，如果将一体积氮与一体积氧进行化合，则会生成二体积的氧化氮，这二体积的氧化氮的数目一定不能多于一体积氮或氧的原子数。因此，他说氧化氮的原子一定比氧、氮的原子大。 在这这种见解的基础上，道尔顿为了进一步解释一种气体扩散于他种气体的理由以及混合气体的压力问题，他又提出：同一化学物质的原子相互排斥。道尔顿又推理说，当两种有弹性的流体混合在一起时，同一种微粒相互排斥，但并不排斥另一种微粒，因此，加在一个微粒上的压力，完全来自与它相同的微粒。由此，他解释了他的分压定律。正如他的一位朋友所说的那样，一种气体对别的任何气体来说都是一种真空。 以后，道尔顿进一步考虑到对各种原子的相对质量进行测量的问题，虽然进行了许多研究工作，但是依据当时的水平所测得的原子量是很不准确的，甚至无法计算各种元素的原子量，因而他不得不作了一些大胆的猜测和假设。他首先为复杂原子进行了命名：二元化合
物、三元化合物和四元化合物。然后，他又很武断地作出了这样的结论：如果两种元素彼此化合，其化合时则遵循从最简单的方式开始，其层次分为4个。道尔顿又据以上原则，以氢原子量为1，以此作为标准，规定了其他元素原子的相对质量。 道尔顿确定的化合物组成的规则是没有什么科学依据的，不能不说是过于主观、随意和武断之举。因此，很多化合物复杂原子的组成被他弄错了，比如水是H2O，而他误作HO，随之氧的原子量也就错了。 1803年，10月18日，道尔顿在曼彻斯特的学会上第一次宣读了他的有关原子论的论文。论文中说了如下几个原子论的要点： 1元素的最终组成称为简单原子，它们是不可见的，既不能创造，也不能毁灭和再分割，它们在一切化学变化中本性不变。 2同一元素的原子，其形状、质量及性质是相同的；不同元素的原子则相反。每一种元素以其原子的质量为其最基本的特征（此点乃道原子论的核心）。 3不同元素的原子以简单数目的比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，其质量为所含各元素原子质量的总和。同一种复杂原子，其形状、质量及性质也必然相同。 至此，道尔顿完成了提出原子论的历史使命，由于该学说解决了很多化学基本定律的解释，所以很快为化学界所接受。
第3单元课时1 原子结构模型的演变教学设计 一、学习目标 1. 通过原子结构模型演变的学习，了解原子结构模型演变的历史，了解科学家探索原子结构的艰难过程。认识实验、假说、模型等科学方法对化学研究的作用。体验科学实验、科学思维对创造性工作的重要作用。 2.了解钠、镁、氯等常见元素原子的核外电子排布情况，知道它们在化学反应过程中通过得失电子使最外层达到8电子稳定结构的事实。通过氧化镁的形成了解镁与氧气反应的本质。了解化合价与最外层电子的关系。 3.知道化学科学的主要研究对象，了解化学学科发展的趋势。 二、重点、难点 重点：原子结构模型的发展演变 镁和氧气发生化学反应的本质 难点：镁和氧气发生化学的本质 三、设计思路 本课设计先让学生描绘自己的原子结构模型，继而追随科学家的脚步，通过交流讨论，逐步探讨各种原子结构模型存在的问题，并提出改进意见，让学生主动参与人类探索原子结构的基本历程，同时也可体会科学探索过程的艰难曲折。通过镁和氧气形成氧化镁的微观本质的揭示，初步认识化学家眼中的微观物质世界。 四、教学过程 [导入] 观看视频：扫描隧道显微镜下的一粒沙子。今天我们还将进入更加微观的层次，了解人类对于原子结构的认识。你认为我们可以通过什么样的方法去认识原子的内部结构呢？ 直接法和间接法，直接法努力的方向是观察技术的提高和观察工具的改进，而间接法则依赖精巧的实验和大胆的假设。事实上直到今天即使借助扫描隧道显微镜也无法观察到原子的内部结构，所以在人们认识原子结构的过程中，实验和假设以及模型起了很大的作用。 一、中国古代物质观 [提出问题]我们通常接触的物体，总是可以被分割的（折断粉笔）。但是我们能不能无限地这样分割下去呢？ [介绍]《中庸》提出：“语小，天下莫能破焉”。惠施的人也说道“其小无内，谓之小一”。
一、原子结构模型发展史及其影响 原子最初被认为没有质的区别，只有大小、形态和位置的区别，经过后期哲学家的发展，认识到各种原子也有质的区别。古代的这种原子观是在缺乏实验佐证的情况下产生的。 18世纪末，英国化学家道尔顿（Dalion，1766—1844年）通过大量实验与分析，认识到原子是真实存在的，并确信物质是由原子结合而成的。他于1808年出版了《化学哲学新体系》一书，提出了原子学说，认为每种单质均由很小的原子组成。不同的单质由不同质量的原子组成。并认为原子是一个坚硬的小球，在一切化学变化中保持基本性质不变。此后近一百年，关于原子的结构的认识没有大的变化。 在19世纪末，放射性元素逐一被发现，它们裂变的事实冲破原子不能再分的传统观念。1897年英国科学家汤姆孙（1856—1940）发现原子里有带负电荷的电子。这一切激励着科学家们去探索原子的内在结构。 1904年，英国科学家汤姆孙首先提出葡萄干面包原子模型。他认为既然电子那么小，又那么轻，因此原子带正电部分充斥整个原子，而很小很轻的电子浸泡在正电的气氛中，这正像葡萄干嵌在面包中那样。电子带的负电荷被原子内带正电荷部分抵消，因此原子是电中性的。汤姆森的原子模型能解释原子是电中性的，还能估计原子半径约为100pm（10-10m），因此它风行10多年，以后意外地被汤姆孙的学生卢瑟福推翻。 1911年，卢瑟福（1897—1937）和盖革（1882—1945）用α粒子轰击金属箔，并用荧光屏记录粒子散射现象的情况。他发现大部分α粒子按直线透过金属箔，只有极少一部分α粒子被反弹回来或偏转很大角度。这个实验充分说明原子内有很大空间，而正电荷部分集中在原子中心极小的球体内，这里占原子质量的99％以上。因此，他断定汤姆孙的葡萄干面包的原子模型不符实际，同时他果断地提出新的原子模型。 1912年，卢瑟福联系太阳系中行星绕太阳旋转情况提出新的原子模型是带正电的原子核在原子正中，占原子质量的绝大部分，正像太阳系中太阳那样；带负电的电子环绕原子核作高速运动。按这个模型可估计原子直径是100pm，电子直径是1fm，原子核直径是10～0.1fm，原子内部有很大空间。 虽然这个模型能成功地解释一些现象，但是它立即遭到全世界大多数科学家反对。因为据经典物理理论，任何作加速运动的电荷都要辐射电磁波，这必然引起两种后果：第一，不断辐射能量，电子将沿螺旋线渐渐趋近原子核，最后落到核上而毁灭。第二，电子不停地、连续地辐射电磁波，电磁波的波长会发生连续的变化，因此，所有的原子都应发射连续光谱。然而事实决非如此，首先，从未发生过原子毁灭的现象。说明电子不会落到原子核上去。其次，原子在正常情况下不辐射电磁波。即使气体或蒸汽被火焰，或其他方法灼热时有电磁波辐射，但这种辐射通过三棱镜后得到的是线光谱，而不是连续光谱。这些事实使卢瑟福也不知怎样来解释。 正当卢瑟福无计可施时，刚巧来了一位年轻丹麦化学家玻尔（1885—1962），他坚决支持卢瑟福的新模型，并且引进崭新的量子学说，为原子结构理论谱写出光辉的一页。玻尔理论的要点是：
原子论和原子模型发展史及对中学化学的启示和作用 原子论发展史与主要内容 一、科学原子论诞生的时代背景 化学是以物质为研究对象，以阐明物质的结构及其变化规律为己任，所以，“物质是什么构成的？”是化学的基本问题，也是核心问题。然而，从上古代的德谟克利特（公元前460～前370年）到17世纪的波义耳（1627～1691年），上下2000多年，尚未做出完全正确的回答。虽然德谟克里特早就提出，物质是由看不见的微粒构成。并把这种微粒称作“原子”（希腊文意思是不可分割的），但只是一种猜想，一种推理，没有实验根据，因而对物质结构的认识是朦胧的、幼稚的，处于萌芽时期。 到了17世纪的1661年，波义耳才第一次明确了化学的研究对象、方法以及他的物质观，把化学确定为科学。他以化学实验为基础建立了科学的元素论，他认为只有那些不能用化学方法再分解的简单物质才是元素。这种物质观已接近原子论，但还不是科学的原子论。因为，他当时称之为元素的物质，今天看来只是单质，而不是原子。其中还有不少错误：受实验条件的限制和思想上的局限性，曾错误的把火、气、水都视为元素；把物理性质“火”和化合物“水”都当成了元素，造成了元素概念的混乱。 在波义耳之后的100年里，人们在科学实验和化学分析中不断发现新的元素，把化合物从元素表中逐渐拉了下来，1789年，拉瓦锡对元素概念又进行了总结和思考，提出元素是“化学分析所能达到的终点”。丰富了波义耳的元素观，发表了包含33种元素的元素表，但对元素的质量未能进行测定和确认。因而，波义耳的“元素论”尚未成为准确、清晰、科学的概念，有待于进一步发展。 二、科学原子论的提出过程与内容 随着科学实验的深入、技术的进步、一代又一代科学家的努力，人们对物质的认识渐渐地明确起来，并发生了认识上的飞跃，产生了科学的原子论，完成这一“飞跃”的代表人物就是英国科学家道尔顿，那已经是19世纪初的事情了（1803年）。 道尔顿的科研题目是从气象学开始，很有成就，并出版了专著。进而研究大气物理学，从混合气体的扩散和分压的测定，发现了气体分压定律，引发了对物质结构本质的思考，题目自然地转入化学领域，经逻辑推导，提出原子新概念，进一步又测定了原子的相对原子量，终于建立起了科学原子论。 在道尔顿之前，人们就已经认识到空气是由氮气和氧气以及少量二氧化碳组成的，而且还知道它们的密度：氮气轻、氧气重、二氧化碳更重。道尔顿在做混合气体实验时发现，最轻的氮气并不是浮在最上面，最重的二氧化碳也不是沉在最下面，而是混合得很均匀，并不分层，这是为什么？这个问题只能说明气体具有扩散性。为什么气体会有扩散性？只能设想气体是由微小的微粒组成的，只有这样当它们混合时才能不分层，相互掺合，才能形成均匀的整体。
第1章 原子的核结构和卢瑟福模型 1.1 原子的质量和大小 1. 原子的质量 自然界中一百多种元素的原子，其质量各不相同.将其中最丰富的12C 原子的质量定为12个单位，记为12u ，u 为原子质量单位. 227-931.5MeV /c kg 101.660) (1121)(121u =?=== A A N g N g A 是原子量，代表一摩尔原子以千克为单位的质量数.A N 是阿伏伽德罗常数—— 一摩尔物质中的原子数目. 2. 原子的大小 将原子看作是球体,其体积为 , 一摩尔原子占体积为: 31 43??? ? ?=A N A r πρ,)( 343ρπg A N r A ≡ ) g /c m (3 ρ是原子质量密度. 原子的半径为： 31 43?? ? ??=A N A r πρ 例如 Li （锂）原子 A =7， =0.7， r Li =0.16nm ； Pb （铅）原子 A =207， =11.34， r Pb =0.19nm ； 3. 原子的组成 1897年汤姆逊从放电管中的阴极射线发现了带负电的电子, 并测得了e/m 比.1910年密立根用油滴实验发现了电子的电量值为e =1.602×10 －19 （c ） 从而电子质量是： -4u -31e 105.487 20.511MeV /c kg 109.109m ?==?= 3 34r π
1.2 原子核式结构模型 1. 汤姆逊原子模型 1903年英国科学家汤姆逊提出 “葡萄干蛋糕”式原子模型或称为“西瓜”模型. 2．α粒子散射实验 实验装置和模拟实验 ● R:放射源 F:散射箔 ● S:闪烁屏 B:圆形金属匣 ● A:代刻度圆盘 C:光滑套轴 ● T:抽空B 的管 M:显微镜 侧视图 ( a ) 俯视图 ( b ) 结果 ● 大 多数 ● 极个别的散射角等于180°. 汤姆逊模型的困难 近似1：粒子散射受电子的影响忽略不计，只须考虑原子中带正电而质量大的部分对粒子的影响. 近似2：只受库仑力的作用. 当r >R 时，粒子受的库仑斥力为：2 2 0241r Ze F πε=
《原子结构模型的发展历程》的教学设计 （第一课时） 【文本内容分析】 化学是人类在认识物质，改造物质，应用物质的长期实践中逐步探索，发现而形成的一门科学。在学习本课时中，除了学会分析归纳能力，更要培养学生自主探究科学的素养。 《原子结构模型的发展历程》选自苏教版高中化学必修1专题1第三单元，是教学大纲和考试大纲的重要知识点。在此之前，学生已学习了原子核，这为过渡到本节的学习起着铺垫作用。而本节内容又为接下来的氧化还原反应奠定了基础，起到承上启下，举足轻重的作用。 【学生分析】 我所教学的对象是高一学生，在知识点层面，高一学生已经掌握了原子核的组成，但对于掌握原子结构模型的发展历程仍相对薄弱。在心理层面上，高一学生对未知有着浓厚的兴趣，他们希望知道原子结构模型是如何发展起来，这对本文的学习有着一定的帮助，但在差异性层面，好学生可能会熟练掌握原子结构模型发展历程，而后进生可能会混淆几者之间的区别，因而需要教师重视起来，做到以学定教，因材施教。 【目标阐述】 按照课程标准和分析，考虑到学生已有的认知结构心理，故制定如下教学目标和教学重难点。 一、教学目标: （1）基础性目标 1.知识与技能：初步了解原子结构模型演变的历史。 2.过程与方法：通过运用比较、分类、归纳、概括等方法对实验事实进行解释。 3.情感态度与价值观：通过本节课的学习，体验科学探究的艰辛和喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐，培养学生热爱科学的情感。 （2）发展性目标 1. 知识与技能：基本了解原子核结构模型及其在历史上的发展过程，体验建立模型的思想。
2.过程与方法：通过观察思考、交流讨论、归纳总结，学习科学探究的基本方法，能够学会分析化学事实的基本方法，提高思维的条理性和深刻性。 3.情感态度与价值观：通过本节课的学习，倡导用化学的视角去观察身边的物质和发生的事情，体会科学技术在社会生活中所起的重大作用。 二、教学重难点： 重点：模型、假说的方法 难点：模型的理解 学生在初中已经对原子核的组成非常熟悉，原子结构模型的发展历程远远超出了学生原有的知识体系，因此一定要从学生已有的认知水平出发，通过探究实验，引发认知冲突，建构新的知识体系，进一步提高学生对知识的复杂性的认识。 【过程设计】 一、情景创设、激情导入…………………………………(5分钟) 【情景创设】 邀请一位同学对折粉笔，再对折，再对折。。在对折的过程中你会发现？ 【学生活动】越来越吃力 【教师活动】 假设有一种高超的技术，它能无限制的分割下去，是不是肯定存在一个点是不能分割下去，这个点被古希腊人称之为原子。那么原子到底是圆的呢？还是方的呢？亦或者是三角形的呢？ 【教师活动】 19世纪，化学之父道尔顿提出了原子论，他发现气体之间是有弹性的 【学生活动】 疑惑 【教师活动】 就好比我们充气的时候，你使劲往下压，会感觉有气体在反抗。以此推理原子也是有弹性的，那么什么形状更有弹力呢？ 【学生活动】 圆形 【教师活动】 是的，我们知道三角形、长方形都是比较稳定的，只有圆形是最有弹性。 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．那么到底是什么球呢？ 【学生活动】 思考中 【教师活动】 钟爱台球的道尔顿认为原子类似于台球的实心球。
师生三代共建原子结构模型 河南省南阳市西峡县第二高级中学李勇 19世纪末20世纪初，随着X射线、电子、放射性现象的发现，在物理学领域内爆发了一场举世瞩目的大革命。在不太长的时间内，新理论风起云涌，新实验层出不穷，一位科学巨匠应运而生。在这批科学巨人所创建的科学大厦中，汤姆生、卢瑟福、波尔师生三代精心雕塑起来的院子结构模型，至今依然光芒闪耀。 1897年，刚刚40岁的汤姆生证明了电子的存在，轰动了科学界，一举成为国际物理学界的佼佼者。然而，他并没有因此停步不前，仍一如既往，兢兢业业，继续攀登科学的高峰，1904年，汤姆生提出，原子就好象一个带正电的球，这个球承担了原子质量的绝大部分，电子作为点电荷镶嵌在球中间。这种“葡萄干蛋糕”式的无核模型是汤姆生企图解释元素化学性质发生规律性变化而反复思考提出的。 汤姆生既是一位理论物理学界又是一位出色的教育家。他在担任英国卡文帝什实验物理学教授及实验室主任的34年间，培养出了众多优秀人才，在的弟子中，有9位获得过诺贝尔奖，卢瑟福就是其中之一。在1906年，英国人卢瑟福做了一次极为著名的实验，他用α粒子作“炮弹”去轰击金属箔片制得靶子，他发现α粒子穿过箔片后，大多数没有改变方向，如无人之境，畅通无阻，这说明原子内部是很“空”的。同时他也发现竟有少数α粒子在偏离原方向相当大的角度散射出来，有极少数甚至被反弹回来，这是汤姆生原子模型无法解释的，由此卢瑟福证明了正电荷不是分散分布在一个较大的球体内，而是集中在一个很小的核心上，这个核心被他称做原子核。原子核的发
现使卢瑟福感到惊讶。而科学家的敏感和追根问底的性格使他经过周密的思考后于1911年大胆地提出了有核原子模型。他设想原子可以和一个小行星系统比拟，原子模型的中心是一个带正电的质量很大的核，原子核的半径在10-14~10-15m之间，是整个原子半径的万分之一至十万分之一，带负电的电子散布在核的外面，围绕原子核旋转。这种模型被后人称为行星式原子结构模型。 卢瑟福的原子模型虽比汤姆生前进了一步，但仍没摆脱宏观物体运动的框架，所以在解释原子内的稳定性和光谱规律上同样遇到了难以逾越的困难。而提出解决这一困难的是丹麦物理学家波尔。于1913年，波尔受卢的影响，提出了“电子在原子核外空间一定轨道上绕核做高速圆周运动”原子模型学说，使原子结构理论为之一新，在整个物理学界引起了“轰动性效应”波尔原子结构模型仍是当今大学、中学物理、化学教科书中必不可少的内容。 值得一提的是，1919年，卢瑟福和他的另一位学生查威克在原子核里发现了质子，1932年查又在原子核里发现了中子，至此，“原子不可再分”的形而上学的观念彻底瓦解。 汤姆生、卢瑟福、波尔师生三代创建的原子结构模型虽已被后人“科学演变”，但他们对科学发展的贡献“功不可没”，在科学发展史上谱写了光辉的一页。
原子物理的发展历史 内容： ?原子模型的发展历程 1.道尔顿的原子模型 2.葡萄干布丁模型（枣核模型） 3.行星模型 4.玻尔的原子模型 ?波尔模型的主要内容 ?波尔模型的条件 ?玻尔理论推导过程 1.现代量子力学模型 ?近代原子物理的应用 1.原子弹 2.核能发电 3.超级计算机 4.超导体应用 ?最前沿原子物理发展趋势和应用 1.超导体未来展望 2.寻找最小的粒子 原子的基本概述: 原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个正原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。而负原子的原子核带负电，周围的负电子带正电。正原子的原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。负原子原子核中的反质子带负电，从而使负原子的原子核带负电。当质子数与电子数相同时，这个原子就是电中性的；否则，就是带有正电荷或者负电荷的离子。根据质子和中子数量的不同，原子的类型也不同：质子数决定了该原子属于哪一种元素，而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素。原子构成分子而分子组成物质中同种电荷相互排斥，不同种电荷相互吸引。 定义 化学变化中的最小微粒
物理中物质构成的最基本粒子 性质 ①原子的质量非常小 ②不停地作无规则运动 ③原子间有间隔 ④同种原子性质相同，不同种原子性质不相同 1.道尔顿的原子模型 英国自然科学家约翰·道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学理论，提出了世界上第一个原子的理论模型。 2.葡萄干布丁模型（枣核模型） 葡萄干布丁模型（枣核模型）由汤姆生提出，是第一个存在着亚原子结构的原子模型。 3.行星模型 行星模型由卢瑟福在提出，以经典电磁学为理论基础。 4.玻尔的原子模型 为了解释氢原子线状光谱这一事实，卢瑟福的学生玻尔接受了普朗克的量子论和爱因斯坦的光子概念在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。 5.现代量子力学模型 物理学家德布罗意、薛定谔和海森堡等人，经过13年的艰苦论证，在现代量子力学模型在玻尔原子模型的基础上很好地解释了许多复杂的光谱现象，其核心是波动力学。在玻尔原子模型里，轨道只有一个量子数（主量子数），现代量子力学模型则引入了更多的量子数。 基本构成： 1.亚原子粒子：即电子、质子、中子。
7 卢瑟福模型与玻尔模型 在物理学史上，人类对微观世界的探索经历了宏观现象的观察和分析、通过科学研究建立假说、以回到实践中验证假说的正确性，并最终形成理论的这一科学的认知过程。 7。.1卢瑟福原子结构模型 1897年汤姆逊发现电子后，他本人曾经在1904年提出一个“面包加葡萄干”的原子模型，认为原子是一个带正电的球体，有一定数量的带负电的电子均匀地镶嵌在原子中，但这一模型很快被卢瑟福的原子有核模型所取代。 大约在1901年，卢瑟福与他的两个学生盖革和马斯敦做了历史上著名的“α粒子散射实验”。结果发现，绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数α粒子发生了较大的偏转，（有极少数α粒子的偏转角超过了900），甚至有极个别的α粒子被反向弹回，这一实验结果，是汤姆逊原子模型根本无法解释的。 下面提供的就是对“α粒子散射实验”进行的估算。 ① 用回旋加速器加速α粒子时，所加匀强磁场的磁感应强度B ＝0.5T ，回旋加速器D 盒的半径R ＝0.67m ，已知α粒子的质量276.6410m kg -=?,求被加速后α粒子获得的最大速度V α多大？其能量等于多少电子伏特？ ② 设某次实验中，有一初速为V α的α粒子正对着金箔中某一金原子核运动，结果被反向弹回，试估算金原子的直径。 根据回旋加速器原理，最终α粒子被 从D 形盒的外缘处引出时，其最大速度 qBR V m α=，它动能()2 2122k qBR E mV m α== 。将α粒子的量192 3.210q e C -==?等数据代入后，可以求得71.610/V m s α=?，138.610k E J -=?（约为5.4MeV ）。 在“α粒子散射实验”中，α粒子动能与电势能的总和保持不变，设α粒子从零势能位置以速度V α正对着金原子核运动，能够到达离原子核最近的距离为r ，由212Qq mV k r α=得2 2kQq r mV α = ，式中金原子核的电荷量为922 79,9.010/Q e k N m C ==??为静电力常 量，由此法示求出11 4.310r m -≈?，于是可以近似地认为金原子核的直径 1428.610d r m -≈=?。
原子结构的发展历程及启发 2019级煤炭深加工与利用高嵩 我们生活着的这个丰富多彩的客观物质世界是由无数的原子构成的，而对于原子结构的研究，在几千年前就已经开始了。现在，我们进来走进这段辉煌的历史。 早在古希腊时期，通过对自然现象的观察，哲学家德谟克利特就大胆猜想宇宙由虚空和原子构成，每一种物质由一种原子构成，他甚至臆想了原子的形状和大小。“原子”一词也是源出希腊语，愿意是“不可再分的部分”。 17至18世纪也出现了许多在原子结构领域的著名科学家。特别应当提到的是波意耳，他第一次给出了化学元素的操作性定义，并进而指出，化学相互作用是通过最小微粒进行的，一切元素都是由这样的最小微粒组成的。1732年，尤拉更明确的提出，自然界存在多少种原子，就存在多少种元素。但当时的人们并没有能力确切无误的辨别什么是元素什么不是元素，因而也就不能确切的知道究竟有多少种原子。 到了19世纪初，原子结构研究的新篇章开始了。1808年，英国科学家道尔顿发表了“化学哲学新体系”一文，提出了物质的原子论，这一理论圆满的解释了当时已知的化学反应中各物质的定量关系。同时，原子量概念的提出为化学科学进入定量阶段奠定了基础。 像大家所熟知的“原子是可以再分的”，打破了“原子不可再分”的传统观念。这一切是由英国物理学家汤姆孙经过研究得来的。他进行了一系列高真空管中气体的放电试验，证实阴极射线是带负电荷的粒子流即电子。1904年，他又提出了“葡萄干布丁”原子模型。 但“葡萄干布丁”这一美味的原子结构模型被新的实验成果所推翻，那便是英国物理学家卢瑟福的核式原子结构模型。1911年，他用a粒子流轰击金箔，发现绝大多数a粒子几乎不受阻拦的成直线通过，只有极少数a粒子的运动方向发生偏转，个别的a粒子被反射回来。通过这一实验让卢瑟福提出了原子的核式结构模型。 科学的发展总是伴随着新问题的不断出现。按照经典电动力学，原子是不可能稳定存在的。但是，现实世界中的原子却稳定的存在着。 那么我们应如何解释原子的稳定性和氢原子光谱的实验事实与经典公式呢？这个问题在两年后的1913年有了答案。那便是年轻的丹麦物理学家波尔在总结当时最新的物理学发现（普朗克黑体辐射和量子概念、爱因斯坦的光子论、卢瑟福原子带核模型等）的基础上，建立了氢原子核外电子运动模型，解释了氢原子光谱，后人称为玻尔理论。 玻尔理论虽然伟大，但它毕竟是建立在经典物理学的基础上的，存在问题和局限性是难以避免的。 1923年，法国物理学家德布罗意在普朗克和爱因斯坦的光量子论以及玻尔的原子理论的启发下，仔细分析了光的微粒学和波动假设。伴随这一假设的提出，新的原子结构模型——氢原子结构的量子力学模型建立起来了。 在这些科学家从生活、学习中得到启发的同时，也带给了我们很多的启发。而科学家们得到启发的第一点便是敢于猜想，把自己脑中所想抽象物质精细化、具体化、形象化，从而让世人所接受。但这猜想并不是我们去空想，更不是胡思乱想、胡编乱造，而是要建立在科学理论基础上的，这也正是我们要向玻尔以及其他的科学家们学习的一点——及早地把握最新的科学成就信息——而这恰恰是一些人所欠缺的。 科技的进步必然会使许多理论出现漏洞，但这也是科技发展的动力所在。只有发现了问题并试图去解释它，才能使一个问题变得更加完善，我们科学发展的明天才会变得更加美好。 多彩的原子世界等着我们共同去探索，让我们也为原子结构的发展贡献自己的力量吧！ 第1页共1页
2021年高中化学 1.3《人类对原子结构的认识原子结构模型的演变》练 习苏教版必修1 1．在原子结构研究的历史中，提出“葡萄干面包式”原子结构模型的是( ) A．卢瑟福B．道尔顿 C．玻尔D．汤姆生 【解析】卢瑟福根据α粒子散射现象，提出了带核的原子结构模型；道尔顿提出了原子学说；玻尔提出了原子轨道模型。 【答案】 D 2．已知一般情况下原子核外最外层电子数相等的元素具有相似的化学性质。氟元素原子的核外电子排布示意图为。下列原子中，与氟元素原子的化学性质相似的是( ) 【答案】D 知识点2 原子、离子的电子排布 3．写出下列各粒子的化学式： (1)由两个原子组成的具有10个电子的分子是________，阴离子是________。 (2)由四个原子组成的具有10个电子的分子是________，阳离子是________。 (3)由三个原子组成的具有10个电子的分子是________。 (4)由五个原子组成的具有10个电子的阳离子是________。 【解析】核外电子总数为10个电子的粒子。①分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4；②阳离子：Mg2＋、Na＋、Al3＋、NH＋4、H3O＋；③阴离子：N3－、O2－、F－、OH－、NH－2。 【答案】(1)HF OH－(2)NH3H3O＋(3)H2O(4)NH＋4 知识点3 原子核的组成 4．32S与33S互为同位素，下列说法正确的是( ) A．32S与33S原子的最外层电子数均为2 B．32S与33S具有相同的中子数 C．32S与33S具有不同的电子数 D．32S与33S具有相同的质子数 【解析】同位素是指质子数相同，中子数不同的不同核素。 【答案】D 5．日本大地震后，日本东京电力公司宣布福岛第一核电站厂区采集的土壤样本中检测出放射性元素钚(Pu)。钚有二十种放射性同位素，下列关于240 94Pu和241 94Pu的说法正确的是( ) A.240 94Pu和241 94Pu都含有94个中子 B.240 94Pu和241 94Pu互为同位素 C.240 94Pu和241 94Pu的核外电子数不同 D.240 94Pu和241 94Pu分别含有146和147个质子