1、第一章第一章 原子的基本状况原子的基本状况1.1 原子的原子的 质质 量和大小量和大小1.2 原子的原子的 核式核式 结结 构构 1.3 同位素同位素11.1 原子的质量和大小原子的质量和大小一、原子的一、原子的 质质 量量质质 量最量最 轻轻 的原子的原子 H： 1.6736710-27kg1. 原子原子 质质 量量 单单 位和原子量位和原子量原子原子 质质 量量 单单 位位 u： 规规 定定 为为 自然界中含量最自然界中含量最丰富的一种元素丰富的一种元素 12C的的 质质 量的量的 1/121u=1.992710-26kg/12=1.660610-27kg原子原子 质质 量的数量量的数量
2、级级 ： 10-27kg10-25kg含量最丰富的原子含量最丰富的原子 12C： 1.992710-26kg按照相按照相 对论对论 的的 质质 能关系能关系 : 有：有：2原子量原子量 A: 将其它原子的将其它原子的 质质 量同原子量同原子 质质 量量 单单位相比位相比 较较 ，所得的数，所得的数 值值 即即 为为 原子量原子量 A。A: 原子原子 质质 量的量的 相相 对对 值值MA: 原子原子 质质 量的量的 绝对绝对 值值MA=Au2阿伏伽德阿伏伽德 罗罗 定律定律1811年，意大利物理学家阿伏伽德年，意大利物理学家阿伏伽德 罗罗 提出：提出：1摩摩 尔尔 任何原子的数目都是任何原子的数
3、目都是 N0 N0=6.0221691023/mol ， 称称 为为 阿伏伽德阿伏伽德 罗罗 常数常数1摩尔摩尔 元素的质量为该元素的原子量元素的质量为该元素的原子量 A(g)3N0 是物理学中一个很重要的常数，它是联系微是物理学中一个很重要的常数，它是联系微观物理学和宏观物理学的纽带，例如：观物理学和宏观物理学的纽带，例如：F=96486.70C/mol ，法拉第常数，法拉第常数 (宏宏 观观 量量 )R=8.31 J/mol K，普适气体常数，普适气体常数 (宏宏 观观 量量 )k=1.3810-23J/K，玻耳，玻耳 兹兹 曼常数曼常数 (微微 观观 量量 )42从气体分子运动论可以估计
4、原子的大小从气体分子运动论可以估计原子的大小 气体的平均自由程：气体的平均自由程：二、原子的大小二、原子的大小 1. 从晶体的密度推测原子的大小从晶体的密度推测原子的大小设原子半径为设原子半径为 r，在晶体中按一定的规律排列，在晶体中按一定的规律排列，晶体的密度为，晶体的密度为 ，原子量为，原子量为 A，则，则 1mol原子原子的体积为：的体积为：N 为单为单 位体体位体体 积积 中的分子数中的分子数 53从范德瓦尔斯方程测定原子的大小从范德瓦尔斯方程测定原子的大小其中：其中： b=4V ， V 是分子体积，定出是分子体积，定出 b，算出，算出 r 。经各种方法计算，经各种方法计算， r在在
5、10-10m范围内范围内 三、电子三、电子 法拉第电解定律：任何法拉第电解定律：任何 1mol单价离子，带有相单价离子，带有相同的电量同的电量 F， F为法拉第常数：为法拉第常数： F=96486.70C每个单价离子所带的电荷：每个单价离子所带的电荷： 电的最小电的最小 单位，电单位，电 的的 基本电荷，基本电荷，“电的原子电的原子 ” 电子电子 6问题：问题：在在 10-10m的范围内，带负电、质量很小的电子与的范围内，带负电、质量很小的电子与带正电、质量很大的部分如何分布、如何运动？带正电、质量很大的部分如何分布、如何运动？1897年，英国著名物理学家年，英国著名物理学家 J.J.汤汤 姆
6、姆 逊逊 在在 剑桥剑桥 大大学的卡文迪学的卡文迪 许实验许实验 室室 测测 出了出了 电电 子的子的 荷荷 质质 比比 ： e/m 电子电荷的现代值为：电子电荷的现代值为： e =1.6021773310-19C电子的质量是：电子的质量是： me=9.109389710-31kg质质 子子 (即即 氢氢 离子离子 )质质 量与量与 电电 子子 质质 量之比量之比 值值 ： 71.2 原子原子 的核式结构的核式结构 历历 史背景史背景十九世十九世 纪纪 末的三大末的三大 发现发现：X射射 线线 、放射性、放射性、 电电 子子 汤汤 姆姆 逊逊 模型模型 ：正正 电电 荷和荷和 质质 量均匀分布
7、在量均匀分布在原子大原子大 小小 的的 弹弹 性性 实实 心球内心球内。 电子就电子就 像像 西瓜里的瓜子那样嵌在西瓜里的瓜子那样嵌在 实心实心 球内球内 。“西瓜模型西瓜模型 ” 或或 “葡萄干面包模型葡萄干面包模型 ” 8原子发光：原子发光：是电子在其平衡位置做简谐振动的结果，原子是电子在其平衡位置做简谐振动的结果，原子所发出的光的频率就相当于这些振动的频率。所发出的光的频率就相当于这些振动的频率。假设电子分布在一个个圆环上，第一只环上假设电子分布在一个个圆环上，第一只环上只可放只可放 5个电子，第二只环上可放个电子，第二只环上可放 10个个 元素周期表：元素周期表：预言的原子光谱与实验观
8、测的数据完全不符预言的原子光谱与实验观测的数据完全不符困难：困难：无法解释无法解释 粒子散射实验粒子散射实验9一、一、 粒子粒子 散射实验散射实验粒子粒子 (氦原子核氦原子核 )： 放射性元素放射性元素 发发 射出的高速射出的高速 带带电电 粒子粒子 ， 速度速度 约为约为 光速的十分之一光速的十分之一 ， 带带 +2e的的 电电荷荷 ， 质质 量量 约为约为 4MH， 约约 为为 电电 子子 质质 量的量的 7300多倍多倍 。散射散射 角角 ： 粒子受到粒子受到散射散射 时时 ，其，其 的出射的出射方向与原入射方向方向与原入射方向之之 间间 的的 夹夹 角角 。散射散射 ： 一个运一个运 动动 粒子受到另一个粒子的作用粒子受到另一个粒子的作用而而 改改 变变 原来的运原来的运 动动 方向方向 的的 现现 象象 。10
