化学《揭示物质结构的奥秘》范志光.ppt

专题1 揭示物质结构的奥秘,宇宙是由什么东西构成的？最早可以追溯到公元前450年以前，我国当时的哲学家墨翟（公元前479—381）说，“非半不斫（zhuó）则不动，说在端” ，意思是物质到了没有一半的时候，就不能掰开它了他称物质的微粒为“端”，意思是不能再被分割的质点与此同时，,人类探索物质结构的历史,（1）、 公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克利特等人认为 ：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子1．人类探索原子结构的历史,（2）、19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为：物质由原子组成，原子不能被创造也不能被毁灭，在化学变化中原子不可再分割，它们的化学性质在化学反应中保持不变3）、1811年,阿伏加德罗提出了分子的概念,他认为气体分子是由几个原子构成的 1860年，国际化学界确立了原子分子论2.原子结构模型的演变,公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克利特提出古典原子论：万物是由大量的不可分割的微粒构成的，即原子，物质分割只能到原子为止德谟克利特,1.古希腊,德谟克利特 古典原子论,道尔顿原子模型,19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。

2.道尔顿 近代原子论(1803),不同元素化合时，这些元素的原子按简单整数比结合成化合物化学元素均由不可再分的原子构成；,原子在一切化`学变化中均保持其不可再分性；,同一种元素的原子在质量和性质上都相同，不同的元素在质量和性质上都不相同；,道尔顿,错误,错误,错误,直到 1811年，意大利物理学家阿佛加德罗(A．Avogadro，1776-1856)提出分子概念加以补充，发展成为“原子-分子论”原子是一个半径大约为10—10米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中，这是一个类似葡萄干面包的原子模型,3. 1903年 英国,汤姆逊葡萄干面包原子模型,,卢瑟福（E．Rutherford）的“行星模型”卢瑟福用α粒子束（He2+）轰击一块金箔，并用荧光屏探测α粒子（He2+）方向改变的程度ZnS屏,,,,,,,,,,,,,4.卢瑟福带核原子结构模型的提出依(1911)据：,,通过粒子散射实验，卢瑟福提出了原子结构的行星模型：原子是由带正电荷的质量很集中的很小的原子核和它外面运动着的带负电荷的电子组成的一个体系，就像行星绕太阳运转一样补充（不做要求）：,虽然，卢瑟福的行星模型能成功地解释一些现象，但它立即遭到全世界大多数科学家反对。

因为根据经典物理理论，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：,1，不断辐射能量，电子将沿螺旋线渐渐趋近原子核，最后落到核中而湮没2，电子不停的，连续的辐射电磁波，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新的问题：,事实并非如此：,首先：从未发生过原子塌缩的现象其次：原子在正常情况下不辐射电磁波,这些现象卢瑟福也无法解释，那该怎么办呢？,5.玻尔原子模型(1913),尼尔斯·玻尔（Niels Henrik David Bohr, 1885-1962）因原子结构和原子辐射的研究，获得了1922年的诺贝尔物理学奖 他把卢瑟福的有核原子模型和普朗克的量子论结合起来，提出了著名的“玻尔理论”——原子的定态假设和频率法则 他的电子波动模型就是对电子粒子模型的补充 p8,玻尔原子模型,6.电子云模型,在奥地利科学家薛定谔所建立的波动方程的基础上，迅速发展起一门新的学科：量子力学这是现代研究原子，分子结构的理论依据电子云：描述核外电子运动特征的图象电子云中的小黑点： 并不是表示原子核外的一个电子,而是表示电子在此空间出现的机率 电子云密度大的地方说明电子出现的机会多，而电子云密度小的地方说明电子出现的机会少。

电子云,人类认识原子的历史进程,原子,原子核,核外电子(带负电),,,,质子(带正电),中子(不带电),原子的结构,相对质量1.007,相对质量1.008,质量为质子的1/1836,＝核内质子数＝核外电子数,核电荷数(Z),质量数(A),＝质子数(Z)＋中子数(N),X,A,Z,说明: X----------表示元素符号 A----------表示质量数 Z----------表示质子数,中子数 N=A-Z,原子中质子数、质量数的符号表示法：,,讨论:,X若代表元素符号,那么a.b.c.d.e各表示什么含义?,a: 质量数,b: 质子数,c: 所带的电荷数,d: 组成粒子的原子数,e: 化合价,口算： 15P 、 92U、82Pb、47Ag各原子的质子数、质量数和中子数各是多少？,问题讨论,同一种原子中质子数和中子数是否总是相等？原子是否都有中子？质量数与相对原子质量有什么关系？,235,207,108,31,原子在化学反应中如果得到或失去电子,它还会呈电中性吗?,原子(电中性): 质子数=核外电子数,阳离子: 质子数>核外电子数,阴离子: 质子数<核外电子数,16,18,x - n,y - m,11,10,10,9,1869年，已有63种元素为科学家所认识，门捷列夫将各元素按原子量的变化联系起来，揭示了自然界的一条基本规律---元素周期律。

3．元素周期表的发现,19世纪中叶以后，近现代对物质结构的认识有了飞速发展碳原子的四价，有机物碳原子成键的立体结构，有机物分子中键的饱和性等相继被发现,4．对有机物认识的进展,19世纪末20世纪初，量子力学（微观粒子具有波粒二象性）确立量子力学是研究原子和分子结构的理论基础5．物理学上的重大发现,,,6．实验方法上的改进,光谱、衍射等新方法应用于研究原子、分子和晶体结构,红外光谱仪,电子显微镜,原子吸收光谱仪,X射线衍射仪,红外光谱仪,,电子显微镜,,原子吸收光谱仪,,X射线衍射仪,,启示：,人类对原子结构认识的逐渐深入，都是建立在实验研究基础上的，实验是揭示原子结构的重要手段汤姆生、卢瑟福、玻尔等几代师生都是诺贝尔科学奖获得者，他们勇于怀疑科学上的“定论”，不迷信权威，为科学的发展作出了重要贡献自然科学就是在不断探索中修正错误而前进的科学探究,阅读下列一段文字，并据此回答下列问题： 原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的原子核又是由带正电的质子和不带电 的中子构成 希腊哲学家德谟克利特是原子学说的奠基人他认为万物是由大量的不可分割的微粒构成的，并把这些微粒称为原子（希腊文的原意是“不可分割”）。

这是古代原子学说 英国科学家道尔顿是近代原子学说的创始人他认为物质是由原子构成的，这些原子是不可分割的实心球体，同种原子的质量和性质相同道尔顿的原子学说对化学的发展起了十分重要的作用，但他没有把原子和分子区分开来，并且仍然认为原子是不可分割的,,,后来，意大利科学家阿伏加德罗提出可分子的概念，指出了分子和原子的区别与联系人人们把物质由分子、原子构成的学说叫原子-分子论原子-分子论的创立，是近代原子学说的发展是物质结构理论的发展与创新 英国科学家汤姆生是电子的发现者，他认为一切原子中都有电子从此，人们开始揭示原子内部的秘密，认识到原子不是构成物质的最小微粒，它本身还具有复杂的结构，还可以再分 1911年前后，物理学家卢瑟福把一束高速运动的α粒子（质量数为4的带2个单位正电荷的氦原子核），射向一片极薄的金箔他惊奇的发现，过去一直认为原子是“实心球”，而由这种“实心球”紧密排列的金箔，竟为大多数α粒子畅通无阻地通过，就象金箔不在那似的，但也有极少数的α粒子发生偏转，或被笔直弹回科学探究,,,（1）19世纪末，人们开始揭示原子内部的秘密，最早 发现电子的科学家是 （2）道尔顿的原子学说曾起了很大的作用。

他的学说包含有下列三个论点：①原子是不能再分的粒子　　②同种元素的原子的各种性质和质量都相同③原子是微小的实心球体从现代的观点看，你认为三个论点中不确切的是 （3）卢瑟福的α粒子散射实验得出了金原子结构的一些结论，试写出其中的三点,答案：（1）汤姆生；（2）①②③；（3）a.原子中存在原子核，它占原子中极小体积b.原子核带正电荷，且电荷数远大于α粒子c.金的原子核质量远大于α粒子,科学探究,,,,,,,,,α粒子散射实验,,研究物质结构的意义,1．揭示物质的结构和性能之间的关系（结构决定性质，性质反映结构） 帮助我们预测物质的性能2．合成或分离预测物质的新材料3．从分子水平上认识生命现象4．实现绿色合成，实现社会的可持续 发展,碳的三种同素异形体和碳纳米管的结构模型,思考:,以上物质都是由碳元素组成的,但为什么它们的性质和用途却存在很大的差异,为什么?,结构决定性质,信息科学,光导纤维内窥镜,形状记忆合金发动机,形状记忆合金,生命科学,氨基酸,DNA,材料科学,纳米材料制备高效太阳能电池,南理工纳米材料工程中心,环境科学,太阳灶,。