人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)

1、人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)本資料為woRD文檔，請(qǐng)點(diǎn)擊下載地址下載全文下載地址第 3 單元第 3 單元課時(shí) 1原子結(jié)構(gòu)模型的演變一、學(xué)習(xí)目標(biāo). 通過(guò)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(guò)程。 認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、 假說(shuō)、模型等科學(xué)方法對(duì)化學(xué)研究的作用。體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、 科學(xué)思維對(duì)創(chuàng)造性工作的重要作用。2. 了解鈉、 鎂、氯等常見(jiàn)元素原子的核外電子排布情況，知道它們?cè)诨瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程中通過(guò)得失電子使最外層達(dá)到8 電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的事實(shí)。通過(guò)氧化鎂的形成了解鎂與氧氣反應(yīng)的 本質(zhì)。了解化合價(jià)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(duì)象，了解化學(xué)學(xué)科發(fā)展的 趨勢(shì)。二、重點(diǎn)

2、、難點(diǎn)重點(diǎn)：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(diǎn)：鎂和氧氣發(fā)生化學(xué)的本質(zhì)三、設(shè)計(jì)思路本課設(shè)計(jì)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(guò)交流討論，逐步探討各種原子結(jié)構(gòu)模型 存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)意見(jiàn)，讓學(xué)生主動(dòng)參與人類探索原 子結(jié)構(gòu)的基本歷程，同時(shí)也可體會(huì)科學(xué)探索過(guò)程的艱難曲折。 通過(guò)鎂和氧氣形成氧化鎂的微觀本質(zhì)的揭示，初步認(rèn)識(shí)化學(xué) 家眼中的微觀物質(zhì)世界。四、教學(xué)過(guò)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(jìn)入更加微觀的層次，了解人類對(duì)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn) 識(shí)。你認(rèn)為我們可以通過(guò)什么樣的方法去認(rèn)識(shí)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(jìn)，而間接法則依賴精巧的實(shí)驗(yàn)和大膽的假 設(shè)。事實(shí)上直到今天即使借助掃描隧道顯微鏡也無(wú)法觀察到 原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以在人們認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn) 和假設(shè)以及模型起了很大的作用。一、中國(guó)古代物質(zhì)觀 提出問(wèn)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(wú)限地這樣分割下去呢？ 介紹 中庸提出： “語(yǔ)小，天下莫能破焉” ?；菔┑?人也說(shuō)道“其小無(wú)內(nèi)，謂之小一” 。墨家則提出： “端，體之 無(wú)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(yǔ)，它的字面上的意思是 indivisible “不可分割” 。第一 個(gè)把 A

4、tom 介紹到我國(guó)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(shū)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(lái)。正如我們不可在太陽(yáng)系中放進(jìn)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(gè)氫原 子?！边@種觀點(diǎn)換作現(xiàn)在更有趣的說(shuō)法，在化學(xué)反應(yīng)中原子 既不會(huì)產(chǎn)生，也不會(huì)被消滅， 他們只是被分開(kāi)， 再重新組合， 你鼻尖上的某個(gè)碳原子可能正是億萬(wàn)年前恐龍尾巴上的呢。 書(shū)中他系統(tǒng)地闡述了其原子學(xué)說(shuō)。道爾頓的原子學(xué)說(shuō)是建立在大量實(shí)驗(yàn)

5、事實(shí)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(shí)的科學(xué)發(fā)展 水平限制，這個(gè)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(huì)有一束射線從玻璃管的陰極通過(guò)氣體到達(dá)陽(yáng)極，人們 稱之為陰極射線。這種射線是什么呢？英國(guó)科學(xué)家湯姆生做 了一系列實(shí)驗(yàn)：他發(fā)現(xiàn)在電場(chǎng)或磁場(chǎng)的作用下該射線會(huì)發(fā)生 偏轉(zhuǎn)（這就是現(xiàn)在我們家里電視機(jī)中的電子管的工作原理） ； 他通過(guò)研究電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)該射線的作用，發(fā)現(xiàn)這種射線帶負(fù) 電，并測(cè)出了其電荷與質(zhì)量之比，這個(gè)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(wèn)題 這些電子是那兒來(lái)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(shuō)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(shí)驗(yàn)的同時(shí)，居里夫人以及英國(guó) 科學(xué)家盧瑟福等人開(kāi)始了對(duì)放射現(xiàn)象的研究。這其中對(duì)原子 結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)貢獻(xiàn)最大的是盧瑟福的 a粒子散射實(shí)驗(yàn)。a粒子 帶兩個(gè)單位正電荷，相對(duì)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(huì)產(chǎn)生熒光，通過(guò)觀察各個(gè)方向的熒光，盧瑟福發(fā)現(xiàn)大多數(shù) a 粒子穿過(guò)了 金箔，方向幾乎沒(méi)有任何變化；但有一些a粒子在穿過(guò)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(wèn)題 如果按照湯姆生的葡萄干面包模型，會(huì)這樣 嗎？那該如何解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？ 1. 為什么會(huì)被彈回來(lái)？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(shuō)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(gè)帶正電的核。 3. a 粒子被彈回來(lái)了，核卻沒(méi)有被彈出，可見(jiàn)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(guò)金箔。原子所有的正電荷和幾乎全部質(zhì)量集中在 一個(gè)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(yáng)，因此當(dāng)時(shí)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(chǎng)理論，電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)不斷 產(chǎn)生電磁波，從而輻射出能量，離核越來(lái)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(shí)到這是由電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn) 生的，電子遠(yuǎn)離或者靠近原子核時(shí)應(yīng)該是跳躍式變化，也就 是說(shuō)，電子只能在一些特定的不連續(xù)的軌道上

9、運(yùn)動(dòng)。舉個(gè)例 子，你從樓梯上扔硬幣，它只能落在某個(gè)臺(tái)階上，而不會(huì)停 留在兩個(gè)臺(tái)階之間。波爾認(rèn)為在能量最低的軌道，電子運(yùn)動(dòng)可以看成是在 “平地”上的狀態(tài)，這時(shí)不會(huì)釋放能量。一旦電子獲得了特 定的能量， 它就獲得了動(dòng)力， 向上“攀登”一個(gè)或幾個(gè)臺(tái)階， 到達(dá)一個(gè)新的軌道。當(dāng)然，如果沒(méi)有了能量的補(bǔ)充，它又將 從那個(gè)能量較高的軌道上掉落下來(lái)，回到較低的軌道上。同 時(shí)釋放出相應(yīng)能量， 對(duì)應(yīng)于其光譜線。 而從第二個(gè)臺(tái)階下來(lái)， 或者從第三個(gè)臺(tái)階下來(lái)放出的能量不同，也就對(duì)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(wèn)題。六、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì) 提出問(wèn)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(shuō)，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(lái)看這個(gè)反 應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)是如何進(jìn)行的呢？每個(gè)鈉原子一共有多少電子？ 為什么每個(gè)鈉原子失去一個(gè)電子？每個(gè)氯原子一共有多少 電子？為什么每個(gè)氯原子得到一個(gè)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(jià)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(jià)的變化與電子轉(zhuǎn)移有關(guān)。大家 有沒(méi)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(yáng)離子后體積變小。為什么參加反應(yīng)的鈉原子和氯原子個(gè)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(shí)，人類對(duì)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)仍在發(fā)展。 后來(lái)， 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(yùn)動(dòng)像是一團(tuán)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(huì)不會(huì)也是由其它更基本的粒 子組成呢？為進(jìn)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(wú)