原子的组成与结构.PPT

第一章 原子的组成与结构 原子的质量和大小 原子组成—电子的发现 原子结构模型 原子核的大小 综述 原子的质量和大小 原子的质量非常小（约10-26千克量级） 原子大小的估计 由晶体的结构出发 利用气体分子运动论 平均自由程 范德瓦尔斯方程 其他估算原子半径的方法还很多，但都能给出同样的量级，即纳米（10-9m）量级? 晶体结构 假设晶体中的原子是互相接触的球体，密度为ρ，每一个原子质量为m，则半径为： 平均自由程 由气体分子运动论导出的气体分子的平均自由程公式如下： 范德瓦尔斯方程 由气体分子运动论导出的范德瓦尔斯方程形式为： 电子的发现 1881年，斯托尼(G..J.Stony)用“电子”这个名词来命名基元电荷 1897年，汤姆孙(J.J.Thomson)测定了阴极射线中粒子的荷质比，成为电子的发现者 1909年前后，密立根(R.A.Millikan)和他的学生对单个电子的电荷进行了精密的测量（密立根油滴实验） 电子的发现 目前最精密的实验给出电子的电荷和质量(1986年国际推荐值)分别为： e =149)×10-19C me =9.1093897(54) ×10-31kg 由于电子的发现，人们不禁要问原子中带正电和带负电（电子）的部分在大小为纳米的范围内是如何分布的、又是怎样运动的呢？ 荷质比测定实验简图 密立根油滴实验 原子的结构模型 1898年，汤姆孙提出的“枣糕模型” 1903年，林纳(P.Lenard)在研究阴极射线被物质吸收的实验里发现“原子是十分空虚的” 1904年，长冈半太郎(Hantaro Nagaoka) 提出原子的行星模型—但没有深入下去 1909年，盖革和马斯顿进行α散射实验与“枣糕模型” 发生冲突 枣糕模型 核式结构模型 原子的结构模型 1911年，卢瑟福提出“核式结构模型” 卢瑟福模型对粒子散射实验的解释 核式结构模型的意义及困难 汤姆逊模型和粒子散射实验的冲突 卢瑟福模型对粒子散射的解释 为了推导散射公式的简便，作如下假设：(1)只发生单次散射；(2)只有库仑相互作用；(3)核外电子的影响忽略不计；(4)靶核静止 卢瑟福模型对粒子散射的解释 由牛顿第二定律出发推导散射公式： 卢瑟福模型对粒子散射的解释 由于库仑力是中心力，而中心力满足角动量守恒，即： 卢瑟福模型对粒子散射的解释 对上式两边积分，得： 卢瑟福模型对粒子散射的解释 由上，积分式可写为： 卢瑟福模型对粒子散射的解释 卢瑟福散射截面公式 卢瑟福粒子散射公式的讨论 在同一离子源和同一散射物的情况下，(dN/dΩL)sin4(θL/2)=常数 同一离子源和同一散射物，在同一散射角，(dN/dΩL)与散射体厚度t成正比 同一散射物，在同一散射角，(dN/dΩL)EL2=常数 同一离子源和同一散射物，在同一散射角，(dN/dΩL)与Z22成正比 思考与讨论 1、四个假设的合理性 2、接近零度角时散射公式的合理性 3、180度角测量的可能性 核式结构模型的意义及困难 意义 在理论上，核式结构模型把原子分为核内和核外两个部分，并大胆承认高密度原子核的存在。 在应用上，卢瑟福散射已成为材料分析的一种重要手段，即卢瑟福背散射分析(RBS) 困难 无法解释原子的稳定性 无法解释原子的同一性 无法解释原子的再生性 盖革和马斯顿实验 1909年，他们在用α粒子轰击Au膜的实验中，发现α粒子在轰击原子时有大约八千分之一的几率被反射回来 原子核的大小 两体中心力作用下的碰撞中，假设为对头碰撞，当入射离子最接近靶核时，动能全部转化为势能 ，即： 综述 原子的质量（约10-23克）、大小（十几埃的量级）、结构（核式结构） 原子由带负电的电子和带正电的原子核组成 原子几乎所有的质量都集中于原子核（半径为十几费米量级），而原子核在原子中所占据的体积却相当的小（约1/1012） 必须掌握的概念：碰撞参数、截面 * * 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 返回 密立根照片 返回 返回 返回 大角度偏转几乎为零！ 返回 返回 返回 返回 返回 * *