原子结构

《魅力科学》课程论文院系：信息工程学院专业：计算机科学与技术班级：13级计科1班姓名：学号：201315008摘要生命过程本质上是化学过程，认识生命现象的内在本质必然要求进一步在微观层次上学习和认识原子结构的基本理论和变化规律，这也是从事现代生命科学研究的必要知识基础。

所有物质都是由不同元素的原子组合而成，要认识物质的本质和变化规律，就必须了解原子的结构组成及性质变化的内在结构规律。

目录1. 化学概论--原子结构 (1)1.1早期原子模型概述 (1)2.月球探测 (3)2.1月球概况 (3)2.2进行的氦聚变可作为核电站的能源。

(4)2.3探月历史 (4)2.4中国嫦娥探月计划 (5)3.我的总结和学习后的感想 (6)3.1对于微观世界的了解和研究 (6)3.2原子结构的揭秘过程 (6)参考文献： (8)1.化学概论--原子结构1.1早期原子模型概述人们对物质组成和结构的认识经历了由浅入深，有感性至理性，由片面到整体的发展过程。

原子学说早在古希腊时期就被提出，在此，笔者只针对19世纪末以后的原子学说加以描述。

19世纪末，经典物理学已经发展得相当完善，原子学说和元素周期律的提出和广泛流行也促成了量子理论的发展和现代物理学的进步。

物理学家和化学家逐步揭示了原子内部组成和结构的秘密以及与元素化学性质紧密相关的原子核外电子排布和变化规律，并构建了一个崭新的以量子理论为基础的微观世界。

早期原子模型正是在这个时期得以相继提出。

1、Rutherford原子模型1897年，英国物理学家J.J.Thomson 通过研究阴极射线的性质发现了电子，确认带负电荷的电子是原子的组成部分。

1909年，美国物理学家likan通过测定油滴的电荷，确定了电子的电荷数，并据此计算出电子的质量大约只占氢原子质量的二千分之一。

那么原子中的质量是如何分布的呢？电荷的正负如何平衡呢？Rutherford的α粒子散射实验给出了问题的可能答案。

1910年，Rutherford用快速α粒子流轰击一张约4x10-7m厚的金箔，发现尽管绝大部分的粒子都毫无阻碍地通过了金箔，但有极少数α粒子发生了较大角度的散射，极个别的α粒子甚至被反弹回来。

这使他认识到：极个别的α粒子被反弹回来，必定是因为他们和金箔原子中某种极小体积的坚硬密实的核心发生了碰撞，这个核心应该是带正电，而且集中了原子的大部分质量。

这便是著名的原子结构“行星模型”，该模型认为：原子由居于原子中心体积极小但占原子大部分质量的带正电的原子核和核外绕核高速运动的电子组成，就像行星沿着一定的轨道绕太阳运行。

2、Bohr原子模型 Rutherford的行星模型虽然解释了α粒子散射现象，却无法解释为什么原子能够稳定的存在。

1913年丹麦的Bohr 在Rutherford的行星模型基础上，借鉴M.Planck的量子论和A.Einstein的光子学说的思想，提出了著名的氢原子结构模型假设，成功解释了氢原子结构和氢原子光谱，即Bohr理论。

其要点如下： 1.电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；2.可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2π的整数倍决定。

2.月球探测2.1月球概况月球也称太阴，俗称月亮。

是地球唯一的天然卫星。

月球的年龄大约有46亿年。

月球有壳、幔、核等分层结构。

最外层的月壳平均厚度约为60-65公里。

月壳下面到1000公里深度是月幔，它占了月球的大部分体积。

月幔下面是月核，月核的温度约为1000度，很可能是熔融状态的。

月球直径约3476公里，是地球的3/11，太阳的1/400。

月球的体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81，月球表月球是距离地球最近的一个天体，月球有丰富的矿藏，根据目前的探测结果来看，月球上稀有金属的储藏量比地球还多。

月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩；第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三种主要是由0.1～1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。

月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物，其中6种矿物是地球没有的。

月球的矿产资源极为丰富，地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。

以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。

月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。

而且月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行。

此外，科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。

在月球表层，铝的含量也十分丰富。

月球土壤中还含有丰富的氦3，利用氘和氦。

2.2进行的氦聚变可作为核电站的能源。

这种聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变。

不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。

目前估计，月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。

从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。

从目前的分析看，由于月球的氦3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。

许多航天大国已将获取氦3作为开发月球的重要目标之一此外，月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钠、镁、硅、铜等金属矿产资源，将为人类社会的可发展提供很多后备资源。

但是由于目前廉价的从月球开采资源的技术还远没有发展出来。

因此在开采月球资源的技术还没发展出来以前，我们还是好好的保护我们可爱的地球吧，毕竟从他身上获得资源和食物是最廉价也是最方便的。

2.3探月历史对月球探测的方式有：①在月球近旁飞过或在其表面硬着陆，利用这较短时间探测月球周围环境和拍摄月球照片。

苏联月球 3 号探测器就是以近旁飞行发回首批月球背面照片；美国徘徊者7、8、9 号探测器就是击中月球表面前发回一批照片。

②以月球卫星的方式取得信息，这种方式能有较长的探测时间。

③载人航天器、不载人航天器或探测器，在月球表面软着陆（通过减速使航天器在接触月球或其他星球表面瞬时的垂直速度降低到最小值，以实现安全着陆的技术），登月载人航天器（见阿波罗工程）可大量收集月球土壤、岩石样品，拍摄大量照片，安装各种测量仪器，获取丰富和详细的月球资料；不载人航天器或探测器，在月球软着陆后，拍摄高分辨率的月球表面照片传回地面，或者将仪器测量的数据传回地面，甚至像月球16、20、24号探测器那样在月球软着陆并取回月球表面样品。

由于30多年来对月球的各种探测，极大地充实了人们对月球的认识。

2.4中国嫦娥探月计划在实施载人航天计划的同时，中国亦开展嫦娥奔月工程。

登月工程亦分三阶段，第一期工程为「绕」，第一颗绕月探测 星将于二○○七年升空；二期工程为「落」，约于二○一二年发射一颗月球软 陆器，并携带一个月球车，进行首次月球软 陆及自动巡视勘测；二○一七年进行的三期工程为「回」，即发射一颗月球 陆器，进行首次月球样品自动取样并返回地球。

为落实太空蓝图，中国已着手研制运载能力更强的新一代火箭，新型火箭采用没有污染的液氧煤油和液氢为推进剂，载重可达到二十吨，是神六载重（八吨）的两倍多，足以将各类航天器射入距地球四十万公里的月球上去。

培养女太空人接班监于现役太空人均已四十岁左右，为培养接班人，中国亦制订新一轮太空人选拔方案，包括女太空人。

据中国载人航天工程太空人系统总指挥陈善广昨透露，新选拔标准注重候选人政治与思想品质、身体与心理素质、知识技能等方面，女性太空人还针对女性生理、心理特点作相应的调整。

新太空人选拔范围可能拓宽，不再仅从空军飞行员中吸收。

到目前为止，中国一直坚称太空探索用于和平目标。

不过，国际社会普遍关注，中国既能将各类航天器准确射入太空轨道与指定地点，如果在航天器上加上弹头，也就具备了太空袭击及拦截的能力。

3.我的总结和学习后的感想3.1对于微观世界的了解和研究经过无数科学家们的不懈努力和奋斗，变得逐渐深入。

对于今天物理和化学的发展，毋庸置疑，我们心存羡慕和惊叹。

但是回顾历史，我们会发现，曾经轰动一时的重大理论，在后续理论未被阐述前，都具有不可反驳的创新性和突破性。

而对于后续的理论，又多少暴露了其局限性。

没有哪个物理学家或者化学家是最伟大的，也没有哪个物理学家或者化学家是次要的，因为在物理和化学的发展进程中，每一个成就和理论的得出都是借鉴了前人的经验和教训。

这就像是一个建房子的过程，每个人都参与其中，罗瑟福、波尔、德布罗意、薛定谔、海森堡、普朗克、波林、洪德…最后终将建成最宏伟的建筑！3.2原子结构的揭秘过程我认为最重要的是科学家们敢于大胆假设、敢于类比借鉴。

在科技水平较为低下的时期，科学家无法通过实验验证一些原子结构的问题，这时敢于大胆假设并进行严密论证就显得格外重要。

大量的原子理论正是在合理的假设下最终得以验证。

同样，善于类比借鉴也是科学家取得进步的重要因素。

例如：微观粒子的波粒二象性就是类比借鉴了光的波粒二象性而得出的。

物理和化学的发展史是最激动人心的历史，也是一个永无止境的过程。

科学家们正在前赴后继，为的是解开世界留给我们的一个又一个的谜。

毫无夸张地说，现在人们享受的所有科技成果都是建立在原子结构得以相当发展的基础之上。

学完《魅力科学》之后，我确实被科学的魅力征服了。

在一个文科生眼中，我也总结了学习好物理化学需要的一些基本素质：1、掌握基本理论知识。

2、特别研究某一方向。

2、把握物理化学史发展脉络。

4、将抽象形象化和形象抽象化。

5、专注执著不怕苦不放弃。

6、敢于大胆假设异想天开。

7、善于类比借鉴。

8、激情。

参考文献：1、《原子结构、碰撞与光谱理论》方泉玉、颜君著.——北京：国防工业出版社.2006.12、《原子结构》E.U.康登、H.奥达巴西著.——北京：科学出版社.1989.103、《基础化学》第二版张欣荣、阎芳著.——北京：高等教育出版社.2011.64、百度百科8。