工程化学 教学课件 ppt 作者 周祖新 主编 丁蕙 副主编4-1 物质结构.ppt

第四章 物质结构简介 我们周围的世界存在着形形色色的 物质，不同的物质性质各不相同，但某些物质的 性质又有些相似。长期以来，人们为了知道物质的性质的内在原因进行了不断地探索，但只有当人们逐步揭示物质内部结构的奥秘时，才知道物质的性质与它内部的结构有关。显然，物质的性质（外部特征）是物质结构（内部特征）在各种条件下的体现。因此，要更好地掌握物质的性质及其变化规律，必须深入了解物质结构知识。 但内部结构太小，长期以来缺乏有效工具。(隧道扫描显微镜) 卢瑟福散射实验(Rutherford Scattering Experiment) 散射实验的结果(Experimental Results) 绝大部份的?粒子(?-particles)都沿直线穿过金箔(gold foil)。 少量的?-粒子会发生偏转(deflection)。 有个別的?-粒子沿原路反弹。 卢瑟福原子模型(Rutherford’s atomic model) 整个原子大部份是空间(empty space)。 原子的所有正电荷(positive charge)和大部份的质量(mass)都集中在一个细小的中心，称为原子核(nucleus)。 原子核外，电子(electrons)围绕着原子核运转。 原子的构成、原子核的构成是怎样的? a——代表质量数； b——代表核电荷数； c——代表离子的价态； d——代表化合价 e ——代表原子个数 原子的实际质量 相对原子质量= 一个碳原子的质量×1/12 例：硼有10B和11B两种同位素组成，硼元素的原子量 为10.8，求10B和11B在自然界中各自的百分比。 卢瑟福原子模型（1911年）：在原子的中心有一个带正电的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它周围沿着不同的轨道运转，就像行星环绕太阳一样运转。 （空心球） 按经典电磁理论“行星系式”原子模型： ⑴原子核好比是太阳，电子好比是绕太阳运动的行星，电子绕核高速运动。绕核运动的电子应该不停地连续地辐射，得到连续光谱。 ⑵电子能量不断减少，电子运动轨道的半径也将不断减少，最终，电子堕入核内，“原子毁灭”。 与原子能稳定存在，原子有特征的线状光谱不符。 氢原子光谱 光谱仪可以测量物质发射或吸收的光的波长，拍摄各种光谱图。 光谱图就像“指纹”辨人一样，可以辨别形成光谱的元素。 人们用光谱分析发现了许多元素,如铯、铷、氦、镓、铟等十几种。 氢原子光谱 然而，直到本世纪初，人们只知道物质在高温或电激励下会发光，却不知道发光机理；人们知道每种元素有特定的光谱，却不知道为什么不同元素有不同光谱。 巴尔麦的经验方程引发了一股研究各种元素的光谱的热潮，但人们发现，只有氢光谱(以及类氢原子光谱)有这种简单的数学关系。 类氢原子是指He+、Li2+等原子核外只有一个电子的离子。 里德堡把巴尔麦的方程作了改写大大促进了揭示隐藏在这一规律后面的本质,这是科学史上形式与内容的关系的一个典型例子。寻找表达客观规律的恰当形式是一种重要的科学思维方法。 玻尔理论的建立 1913年,年轻的丹麦物理学家玻尔在总结当时必威体育精装版的物理学发现： 普朗克黑体辐射和量子概念、 爱因斯坦光子论、 卢瑟福原子带核模型 ——上述三者的基础上建立了氢原子核外电子运动模型,解释了氢原子光谱，后人称为玻尔理论。 爱因斯坦的光量子论 A.Einstein:首先注意到量子假设有可能解决经典物理学所碰到的其它困难的是年轻的。 1905年，他试图用量子假设去说明光电效应中碰到的疑难，提出了光量子(light quantum)概念。 他认为：辐射场就是由光量子组成，每个光量子（光子）的能量E与辐射的频率υ的关系是： (粒子性) (波动性) (2) 借助波的运动方式解释电子运动的规律 ①反映一个电子运动的统计学规律： 明→波强度大→电子出现概率大 ； 暗→波强度小→电子出现概率小 . ②电子运动虽无明确轨道，但它在某一瞬间在空间各区域出现的概率大小可反映出来. ③电子波与电磁波不同：电子波=概率波 ④电子这样具有波动性的粒子，并没有明确的运动轨道；不能象描述宏观物体那样用坐标和动量来描述。 但人们在相同条件下做单个和多个电子的衍射实验，得到的衍射环纹的深浅及环纹间的距离也是相同的。说明：电子等微粒的运动还是遵循一定规律的，它的运动状态是可以描述的。 研究微观粒子运动状态必须用统计学方法→量子力学方法。量子力学假定微粒的运动