第6章 原子结构与元素周期律（课件）- 《无机化学》同步教学（吉林大学版）

第 6 章 原子结构与元素周期律 6－1 近代原子结构理论的确立 6－1－1 原子结构模型 古希腊哲学家 Democritus 在公元前 5 世纪指出，每一种物质是由一种原子构成的；原子是物质最小的、不可再分的、永存不变的微粒。 原子 “atom” 一词源于希腊语，原义是“不可再分的部分”。 直到 18 世纪末和 19 世纪初，随着质量守恒定律、当量定律、倍比定律等的发现，人们对原子的概念有了新的认识。1805 年，英国化学家 J. Dalton 提出了化学原子论。其主要观点为: 化学反应只是改变了原子的结合方式，是使反应前的物质变成了反应后的物质。 每一种元素有一种原子； 同种元素的原子质量相同，不同种元素的原子质量不相同； 物质的最小单位是原子，原子不能再分；一种原子不会转变成为另一种原子； Dalton 的原子论解释了一些化学现象，极大地推动了化学的发展，特别是他提出了原子量的概念，为化学进入定量阶段奠定了基础。 但是这一理论不能解释同位素的发现，没有说明原子与分子的区别，不能阐明原子的结构与组成。 19 世纪末和 20 世纪初，在电子、质子、放射性等一批重大发现的基础上，建立了现代原子结构模型。 虽然人类很早就从自然现象中了解了电的性质，但对电的本质认识是从 18 世纪末叶对真空放电技术的研究开始的。 1879 年，英国物理学家 W.Crookes 发现了阴极射线。随后，在 1897 年英国物理学家 J. J. Thomson 进行了测定阴极射线荷质比的低压气体放电实验，证实阴极射线就是带负电荷的电子流，并得到电子的荷质比 e∕m = 1.7588×108 Cg-1。 1909年美国科学家 R. A. Millikan 通过他的有名的油滴实验，测出了一个电子的电量为 1.602×10-19 C，通过电子的荷质比得到电子的质量 m = 9.109×10-28 g。 放射性的发现是 19 世纪末自然科学的另一重大发现。1895 年德国的物理学家 W. C. Rongen 首先发现了 X射线。这种射线最初是由真空放电管中高能量的阴极射线撞击玻璃管壁而产生的，用高速电子流轰击阳极靶也可产生X射线。X射线能穿过一定厚度的物质，能使荧光物质发光，感光材料感光，空气电离等。 1896 年法国物理学家 A. H. Becquerel 对几十种荧光物质进行实验，意外地发现了铀的化合物放射出一种新型射线。法国化学家 M. S. Curie以铀的放射性为基础进行研究，陆续发现了放射性元素镭、钋等，发现了放射过程中的α 粒子、β 粒子和γ 射线。 1911 年，Rutherford 根据α粒子散射的实验，提出了新的原子模型，称为原子行星模型或核型原子模型。该模型认为原子中有一个极小的核，称为原子核，它几乎集中了原子的全部质量，带有若干个正电荷。而数量和核电荷相等的电子在原子核外绕核运动，就像行星绕太阳旋转一样，是一个相对永恒的体系。 英国物理学家 G. J. Mosley 在 1913 年证实了原子核的正电荷数等于核外电子数，也等于该原子在元素周期表中的原子序数。 虽然早在 1886 年德国科学家 E. Goldstein 在高压放电实验中发现了带正电粒子的射线，直到 1920 年人们才将带正电荷的氢原子核称为质子。 1932 年英国物理学家 J. Chadwick 进一步发现穿透性很强但不带电荷的粒子流，即中子。后来在雾室中证明，中子也是原子核的组成粒子之一。由此，才真正形成了经典的原子模型。 6－1－2 氢原子光谱 用如图 6－1 所示的实验装置，可以得到氢的线状光谱，这是最简单的一种原子光谱。 图 6－1 氢原子光谱实验示意图 氢原子光谱的特点是在可见区有四条比较明显的谱线，通常用 H，H，H，H 来表示，见图 6－2。 图 6－2 氢原子的线状光谱      / nm 1883 年瑞士物理学家 Balmer 提出了下式 作为 H，H，H，H 四条谱线的波长通式。式中  为