人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識

1、人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識本資料為woRD文檔，請點擊下載地址下載全文下載地址第 3 單元第 3 單元課時 1原子結(jié)構(gòu)模型的演變一、學(xué)習(xí)目標(biāo). 通過原子結(jié)構(gòu)模型演變的學(xué)習(xí)，了解原子結(jié)構(gòu)模型演 變的歷史， 了解科學(xué)家探索原子結(jié)構(gòu)的艱難過程。 認(rèn)識實驗、 假說、模型等科學(xué)方法對化學(xué)研究的作用。體驗科學(xué)實驗、 科學(xué)思維對創(chuàng)造性工作的重要作用。2. 了解鈉、 鎂、氯等常見元素原子的核外電子排布情況，知道它們在化學(xué)反應(yīng)過程中通過得失電子使最外層達到8 電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的事實。通過氧化鎂的形成了解鎂與氧氣反應(yīng)的 本質(zhì)。了解化合價與最外層電子的關(guān)系。3. 知道化學(xué)科學(xué)的主要研究對象，了解化學(xué)學(xué)科發(fā)展的 趨勢。二、重點

2、、難點重點：原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展演變 鎂和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì) 難點：鎂和氧氣發(fā)生化學(xué)的本質(zhì)三、設(shè)計思路本課設(shè)計先讓學(xué)生描繪自己的原子結(jié)構(gòu)模型，繼而追隨 科學(xué)家的腳步，通過交流討論，逐步探討各種原子結(jié)構(gòu)模型 存在的問題，并提出改進意見，讓學(xué)生主動參與人類探索原 子結(jié)構(gòu)的基本歷程，同時也可體會科學(xué)探索過程的艱難曲折。 通過鎂和氧氣形成氧化鎂的微觀本質(zhì)的揭示，初步認(rèn)識化學(xué) 家眼中的微觀物質(zhì)世界。四、教學(xué)過程 導(dǎo)入 觀看視頻：掃描隧道顯微鏡下的一粒沙子。今天 我們還將進入更加微觀的層次，了解人類對于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn) 識。你認(rèn)為我們可以通過什么樣的方法去認(rèn)識原子的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)呢？直接法和間接法，直接法努力的

3、方向是觀察技術(shù)的提高 和觀察工具的改進，而間接法則依賴精巧的實驗和大膽的假 設(shè)。事實上直到今天即使借助掃描隧道顯微鏡也無法觀察到 原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以在人們認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)的過程中，實驗 和假設(shè)以及模型起了很大的作用。一、中國古代物質(zhì)觀 提出問題 我們通常接觸的物體，總是可以被分割的 （折斷粉筆）。但是我們能不能無限地這樣分割下去呢？ 介紹 中庸提出： “語小，天下莫能破焉” 。惠施的 人也說道“其小無內(nèi)，謂之小一” 。墨家則提出： “端，體之 無序最前者也。 ”在英文里，如今被譯成“原子”的 Atom 一詞，源于希 臘語，它的字面上的意思是 indivisible “不可分割” 。第一 個把 A

4、tom 介紹到我國的是嚴(yán)復(fù)翻譯的穆勒名學(xué) ，他將其 譯為“莫破” 。二、西方原子鼻祖 介紹 德謨克利特認(rèn)為就像用一塊塊磚頭砌墻一樣，物 質(zhì)是由不可分割的原子構(gòu)成。道爾頓在化學(xué)哲學(xué)的新體系一書中指出： “化學(xué)的 分解和化合所能做到的，充其量只是使原子彼此分離和再結(jié) 合起來。正如我們不可在太陽系中放進一顆新的行星或消滅 一顆現(xiàn)存的行星一樣，我們不可能創(chuàng)造出或消滅一個氫原 子?！边@種觀點換作現(xiàn)在更有趣的說法，在化學(xué)反應(yīng)中原子 既不會產(chǎn)生，也不會被消滅， 他們只是被分開， 再重新組合， 你鼻尖上的某個碳原子可能正是億萬年前恐龍尾巴上的呢。 書中他系統(tǒng)地闡述了其原子學(xué)說。道爾頓的原子學(xué)說是建立在大量實驗

5、事實基礎(chǔ)上的，成 功地解釋了化學(xué)定律。當(dāng)然我們現(xiàn)在知道受當(dāng)時的科學(xué)發(fā)展 水平限制，這個理論仍有一些不完善的地方。三、湯姆生模型 介紹 到了 19 世紀(jì)末，由于電的發(fā)現(xiàn)，化學(xué)家們有條 件去研究物質(zhì)在通電條件下的性質(zhì)了。他們發(fā)現(xiàn)將一些氣體 裝在密封的玻璃管中，再抽氣使之比較稀薄，然后通上高壓 電，會有一束射線從玻璃管的陰極通過氣體到達陽極，人們 稱之為陰極射線。這種射線是什么呢？英國科學(xué)家湯姆生做 了一系列實驗：他發(fā)現(xiàn)在電場或磁場的作用下該射線會發(fā)生 偏轉(zhuǎn)（這就是現(xiàn)在我們家里電視機中的電子管的工作原理） ； 他通過研究電場和磁場對該射線的作用，發(fā)現(xiàn)這種射線帶負(fù) 電，并測出了其電荷與質(zhì)量之比，這個比

6、值很大； Thomson 又使用了不同的電極材料、在玻璃管中充入不同的氣體，發(fā) 現(xiàn)所得射線的電荷與質(zhì)量之比都一樣。 提出問題 這些電子是那兒來的呢？為什么不管什么 電極材料、什么氣體所得到的射線都一樣呢？其電荷與質(zhì)量 之比很大又說明什么？這樣湯姆生提出了葡萄干面包模型，面包代表均勻分布 的正電荷，電子則像葡萄干一樣嵌于其中。四、盧瑟福模型 介紹 幾乎是在湯姆生實驗的同時，居里夫人以及英國 科學(xué)家盧瑟福等人開始了對放射現(xiàn)象的研究。這其中對原子 結(jié)構(gòu)的認(rèn)識貢獻最大的是盧瑟福的 a粒子散射實驗。a粒子 帶兩個單位正電荷，相對質(zhì)量為4（現(xiàn)在我們知道它是氦原子核）。盧瑟福將一束 a 粒子射向一張非常薄的

7、金箔，又將 涂有硫化鋅的屏幕放在其周圍，a粒子撞在屏幕會產(chǎn)生熒光，通過觀察各個方向的熒光，盧瑟福發(fā)現(xiàn)大多數(shù) a 粒子穿過了 金箔，方向幾乎沒有任何變化；但有一些a粒子在穿過后方 向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，還有大約 0.1 %的a粒子甚至以不同角度被 彈向金箔的前面。 提出問題 如果按照湯姆生的葡萄干面包模型，會這樣 嗎？那該如何解釋實驗現(xiàn)象呢？ 1. 為什么會被彈回來？應(yīng) 該是由于同種電荷間的斥力。 2. 為什么只有 0.1%？只有少數(shù) a 粒子靠近了正電荷，也就是說原子內(nèi)的正電荷不可能均勻 分布，它占據(jù)的空間必然很小， 原子應(yīng)該有一個帶正電的核。 3. a 粒子被彈回來了，核卻沒有被彈出，可見金原子的原

8、子 核的質(zhì)量一定很大。盧瑟福的結(jié)論：原子內(nèi)大部分是空的，所以大多數(shù) a 粒 子得以穿過金箔。原子所有的正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在 一個很小的區(qū)域，即原子核。盧瑟福的原子模型很像行星圍繞著太陽，因此當(dāng)時年僅27 歲的盧瑟福就和他的行星模型一起載入了化學(xué)史。五、波爾模型 介紹 根據(jù)經(jīng)典的電磁場理論，電子繞核運動時會不斷 產(chǎn)生電磁波，從而輻射出能量，離核越來越近，最終落在原 子核上。行星模型不能穩(wěn)定存在？波爾研究了氫原子的光譜，看著這些不連續(xù)的譜線，也 就是特定的能量，他受到啟發(fā)，意識到這是由電子的運動產(chǎn) 生的，電子遠離或者靠近原子核時應(yīng)該是跳躍式變化，也就 是說，電子只能在一些特定的不連續(xù)的軌道上

9、運動。舉個例 子，你從樓梯上扔硬幣，它只能落在某個臺階上，而不會停 留在兩個臺階之間。波爾認(rèn)為在能量最低的軌道，電子運動可以看成是在 “平地”上的狀態(tài)，這時不會釋放能量。一旦電子獲得了特 定的能量， 它就獲得了動力， 向上“攀登”一個或幾個臺階， 到達一個新的軌道。當(dāng)然，如果沒有了能量的補充，它又將 從那個能量較高的軌道上掉落下來，回到較低的軌道上。同 時釋放出相應(yīng)能量， 對應(yīng)于其光譜線。 而從第二個臺階下來， 或者從第三個臺階下來放出的能量不同，也就對應(yīng)著一根根 不同的譜線。波爾將量子理論引入原子結(jié)構(gòu)，掃清了原子穩(wěn) 定性的問題。六、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì) 提出問題 研究原子結(jié)構(gòu)是為了更好地理解元素的性

10、 質(zhì)，解釋化學(xué)反應(yīng)的原理。比如說，鈉能與氯氣劇烈反應(yīng)， 生成白色的氯化鈉顆粒。為什么鈉能在氯氣中燃燒？該如何 解釋該反應(yīng)的原理呢？我們首先從微觀的角度來看這個反 應(yīng)。這個反應(yīng)是如何進行的呢？每個鈉原子一共有多少電子？ 為什么每個鈉原子失去一個電子？每個氯原子一共有多少 電子？為什么每個氯原子得到一個電子？（核外電子分層排 布）（8 電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)） 元素的化合價和什么有關(guān)？現(xiàn)在我們 知道了化學(xué)反應(yīng)中元素化合價的變化與電子轉(zhuǎn)移有關(guān)。大家 有沒有注意原子得失電子后體積的變化？原子得電子變?yōu)殛庪x子后體積變大，原子失電子變成陽離子后體積變小。為什么參加反應(yīng)的鈉原子和氯原子個數(shù)比是1:1?那么，如何解釋鎂和氧氣的反應(yīng)呢？鎂與氯氣反應(yīng)，生成的產(chǎn)物氯化鎂化學(xué)式應(yīng)該是怎樣的？為什么是1 : 2?七、神秘的夸克 介紹 其實，人類對于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識仍在發(fā)展。 后來， 又有科學(xué)家提出電子等微觀粒子就像光一樣，既是一種粒子， 又有波的性質(zhì)，電子等微觀粒子具有波粒二象性，電子在核 外運動像是一團帶負(fù)電的云霧。而原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子又分別由夸克構(gòu)成?？煽淇撕?電子就是基本粒子嗎？它們會不會也是由其它更基本的粒 子組成呢？為進一步探求原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在的科學(xué)家們又在使 用著什么樣的手段呢？由于我們?nèi)匀粺o