1、一、电子与原子 二、原子的核式模型 三、核式模型的意义与困难 四、同位素,第一章 原子的卢瑟福模型,一、电子与原子,1mol任何原子的单价离子带有相同电荷,Faraday电解定律,1mol任何原子的数目均为,电荷存在最小单位基本电荷电子：,1. 电子的发现,Avogadro假设,（1）理论预测,实验原理,说明：（a）AB为狭缝；DE间加电场；射线发生偏转；在放电管周围加磁场；使射线回到P1点：磁力等于电力,（2）实验发现（J.J.Thomson实验）,（b）去掉磁场，射线沿圆形轨道运行：离心力等于磁力,2. 电子的属性,1910年，Millikan做的“油滴实验”精确测出电子的电荷，误差仅有1
2、%。,由Thomson实验测出的荷质比和“油滴实验”测出的电荷，容易获得电子的质量：,3. 原子质量单位（u）,由Faraday电解定律可求出氢离子（质子）的荷质比，与电子的荷质比进行比较，可以获得质子的质量：,国际上规定12C的质量为12u：,（质能关系）,3. 原子的大小,原子量：NA个（1mol）原子的质量（单位为g）,NA是联系宏观量和微观量的桥梁,从晶体的密度和一个原子的质量，可以求出单位体积中原子的数量，从而可以估算出原子的线性大小,氢（H）：1.00792；氧（O）：15.999；铜（Cu）：63.540,从van Der Waals方程可以测定原子的大小。式中b约为分子体积的4
3、倍：,从分子运动论观点可以估算出原子的大小。式中是分子的平均自由程：,二、原子的核式结构,1. 原子结构模型的演变,J. Dalton模型（1803）：原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。,J. J. Thomson模型（1904）：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，从而形成中性原子。,E. Rutherford模型（1911）：在原子中心有一个带正电荷的核，其质量几乎占整个原子的全部质量，电子在核的周围沿着不同轨道旋转。,N. H. D. Bohr模型（1913）：电子在原子核外空间一定的轨道上绕核做高速的圆周运动。,电子云模型（192
4、7-1935）：电子在原子核外空间做高速运动，但没有确定的轨道,Solid model by Dalton,Plum-pudding model by Thomson,Planet model by Rutherford,Bohrs model,Electron cloud model,在原子的核式结构提出之前，人们提出了许多模型，其中 Thomson模型是一个最流行的原子模型：原子带正电部分是一种具有弹性的胶状物质，他充满整个原子，正电荷均匀分布。而球内和球上镶嵌着负电子，电子在其平衡位置作简谐振动。原子所发光谱的频率相当于这些电子的振动频率。ERutherford、HGerger和E. M
5、arsden通过粒子散射实验否定了Thomson模型，建立起核式模型。,粒子源发射的（He+）粒子经过一细通道后，形成一束射线，打在Po的薄膜上。有一带有荧光屏的放大镜可以转到不同方向对散射的粒子进行观察。,2.粒子散射实验,实验装置,实验原理,实验结果,绝大多数粒子的散射角为23，但也有1/8000的粒子的散射角大于90，其中有接近180的。,R-粒子源 F-Po薄膜 S-荧光屏 M-放大镜,3. Thomson模型的缺陷,原理示意图,模型解释,1)射线(He+)位于原子外边时，原子对无作用； 2)射线位于原子边缘时，原子被极化，存在微弱作用，散射角很小； 3) 射线位于原子内部时，也不可能
6、发生大角散射。,粒子的质量是电子的7300倍，它与电子相互作用时，电子的速度太大而被散射掉。根据电磁学原理，不难得到,显然，射线刚好切于原子球面时受到的力最大。因此不可能发生大角度散射，从而否定了Thomson模型。,4. 卢瑟福核式模型,散射公式,E. Rutherford等人根据上面的事实，提出了被广泛接受的原子核式模型结构：正电荷全部集中在原子中心，且很小（即原子核），电子位于核外，并绕核运动。,根据牛顿运动定律、角动量守恒定律及能量守恒定律，可以得到库仑散射公式。,库仑散射公式：,可见，b，显然可以出现大角度散射。,Rutherford公式,（1）只要位于bb-db圆环内的粒子必定散射
7、到 + d的圆锥体内，因此散射截面为,其中，d=2sind为立体角。,（2）设靶子薄膜很薄，前后原子对粒子互不遮蔽，则薄膜中的原子数为,则总散射截面为,A-薄膜面积；N-薄膜（靶子）单位体积中的原子数；t-薄膜的厚度,若有n个粒子入射到靶子A上，其中有dn个落在+d,实验验证,三、行星模型的意义与困难,1. 意义,模型提出了原子的“核式结构”，将原子分成电子和原子核两个泾渭分明的层次，为独立进行原子的研究和原子核的研究带来了方便。,卢瑟福散射不仅对原子研究意义重大，而且这种以散射为手段研究物质结构的方法，对近代物理和材料物理一直起着巨大影响。,2. 困难,无法解释原子的稳定性。核外电子的加速运
8、动，会向外辐射电磁波，原子能量的损失会导致原子塌缩。,无法解释原子的同一性。核式模型与行星模型一致，但太阳系的形成由宇宙的初始条件决定，宇宙中不可能形成第二个完全一样的太阳系。在地球上不同地方、不同的星球上，组成物质的原子却是相同的。,无法解释原子的再生性。一个原子与外来粒子相互作用后会改变原子的状态，但一旦外来粒子远离后，这个原子马上会恢复原来的状态。原子的这种再生性是卢瑟福模型所无法说明的。,四、同位素,1. 同位素的定义,原子量不同而化学性质相同的元素称为同位素。,“位”是指元素周期表中的位置。元素周期表是根据元素的原子核中的质子数（原子序数）排列的，因此同位素是指具有相同质子数、不同中子数的一类原子。,强调,同位素的测量包括两个方面：质量与相对含量同位素的测量方法主要有光谱分析法和利用质谱仪或质谱计进行。,2. 同位素的测量,本章作业P30：1、5、 6；P31： 9,
