31原子结构.PDF

３.1 原子结构 原子的诞生 现代大爆炸宇宙学理论认为，我们所 在的宇宙诞生于一次大爆炸，大爆炸后约 2个小时，诞生了大量的氢、少量的氮以 及极少量的锂。其后，经过或长或短的发 展过程，氢、氮等发生原子核的熔合反应， 分期分批地合成其他元素。宇宙的年龄至 今约140亿年了，氢仍然是宇宙中最丰富 的元素，约占宇宙原子总数的88.6%，氮 图3-1-1宇宙大爆炸 约为氢原子数的1/8，它们合起来约占宇宙原子总数的99.7%以上， 而其他90多种天然元素的原子总数加起来不足1%。至今所有恒星， 包括太阳，仍在合成元素。地球上的元素绝大多数是金属，非金属（包 括稀有气体）仅22种。 人类探索自然界奥秘的一个重要方向是研究物质的微观结构。对 于原子结构的探索，人们从未停止过。20世纪 初，人们对原子本身的结构和内部运动规律才 有了比较清楚的认识，并逐步建立起近代原子 物理学理论。1897年前后，科学家们逐渐确定 了电子的各种基本特性，并确立了电子是各种 原子的共同组成部分。 图3-1-2原子物理 原子核 原子是指化学反应中不可 再分的基本微粒。但原子在物理 状态中可以分割，它由原子核和 绕核运动的电子组成。 原子很小，但原子核又比原 子小的多，它的半径约为原子半 径的几万分之一，它的体积只占 图3-1-3原子与原子核相对大小示意图 原子体积的几百万亿分之一，如果假设原子是一座庞大的体育场，而 原子核只相当于体育场中央的一只蚂蚁。原子核虽小，但并不简单， 它由质子和中子构成的。现将构成原子的粒子及其性质归纳于表格 中。 构成原子的粒子 电子 质子 中子 电性和电量 1个电子带1 1个质子带1个 不显电性 个单位负电 单位正电荷 荷 9.109 10-31 1.673 10-27 1.675 10-27 质量/千克 × × × 相对原子质量 电子质量是 1.007 1.008 质子质量的 1/1836 思考与讨论 1.原子作为一个整体为什么不显电性？ 2.原子的质量为什么主要集中在原子核上？ 原子核外电子 自从道尔顿提出原子论后，科学家们 对原子结构的认识逐步完善。现在，人们 已经知道电子在原子核以外很小的空间内 作高速运动，其运动规律跟一般的物体不 同，它没有明确的轨迹。因此，我们常用 一种能够表示电子在一定时间内在核外空 间各处出现机会的模型来描述电子在核外 的运动。某点附近的电子密度表示电子在 图3-1-4氢原子电子云示意图 该处出现的机会大小，电子密度大的地方，表明电子在核外空间单位 体积内出现的机会多。由于这个模型很像在原子核外有一层疏密不等 的“云”，所以人们形象地把它叫做 “电子云”。图3-1-4是在通常情 况下氢原子的电子云示意图。对于原子结构，可以近似认为电子在原 子核外分层排布。 图3-1-5几种原子的核外电子排布示意图 人们常用原子结构示意图表示原子的核外 电子排布，如氧原子和镁原子的结构示意图为 图3-1-6。