1、1,元素性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的理論發(fā)展,臺中市惠文中學(xué) 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 授課教師：張小琪 老師,2,前言,今天的課程，請先將你所學(xué)過的化學(xué)知識暫時放在一旁，跟著講義的內(nèi)容，進入化學(xué)原子結(jié)構(gòu)發(fā)展的主題因果關(guān)係脈絡(luò)之中。,3,討論內(nèi)容,物質(zhì)的基本組成粒子 原子與分子 元素週期如何發(fā)現(xiàn) 週期表 原子的基本組成粒子 電子、質(zhì)子與中子 原子內(nèi)電子的運動方式 古典力學(xué)與量子力學(xué),4,一、物質(zhì)的基本組成粒子原子與分子,5,這些東西是由什麼構(gòu)成的?,長久以來，人們就對自然界的事物感到好奇，試圖瞭解大自然，並存在很多的想像空間。,6,組成物體的物質(zhì),對於物質(zhì)連續(xù)分割下去，也有不同的想法 物質(zhì)可以無窮分割，因為物質(zhì)

2、是連續(xù)的？ 物質(zhì)不可以無窮分割，因為有最小顆粒來組成？,看不見囉,7,物質(zhì)由微小粒子組成 (德謨克利特, BC 460-370年),物質(zhì)不可以無窮分割，因為有最小顆粒來組成。 古希臘的德謨克利特說：物質(zhì)是由微小粒子原子組成的。,Democritus (BC 460-370),8,莊子的對物質(zhì)的觀點（莊子,西元前365290年）,物質(zhì)可以無窮分割，因為物質(zhì)是連續(xù)的？ 公元前五世紀(jì)的中國哲學(xué)家莊子，也曾認(rèn)為物質(zhì)是由原子微粒構(gòu)成的，提出了物質(zhì)可無限的分割。 他在莊子、天下篇中寫到一尺之捶，日取其半，萬世不竭。 即拿一根長木棍，先一分為二，在二分為四，後四分為八，如此下去，這樣木棍就可以永無止境的分割

3、下去。,莊周 （西元前365290年）,9,物質(zhì)由四種微小粒子組成 (亞里斯多德, BC 384-322）,如果是粒子構(gòu)成，這些粒子是相同還是不同粒子呢？ 古希臘的亞里斯多德認(rèn)為構(gòu)成世界的組成是由不同元素與性質(zhì)： 四種元素水、土、火、氣 ， 四種性質(zhì)冷、熱、乾、濕。,Aristotle ( BC 384-322）,10,亞里斯多德學(xué)派的四種元素說,亞里斯多德學(xué)派的貳彌修斯舉例：注視一段綠枝在煙囪裡燃燒的情形，你就會立即分辨它分解得到的一些組成，亦即四元素（土、水、氣、火），於是我們知道木頭和其他的結(jié)合物是由這四種元素混合而成的?；鹧姘l(fā)光表示其中有火；從煙囪頂部逸出煙霧，它迅速消散於空氣之中，就

4、像河水入海，而失去自身，這足以表明它屬於那種（氣），並附歸於其中；水在燒著的木頭兩端鼓泡並嘶嘶作響（含有水），以其獨有的形式展現(xiàn)自己，這一點也不出乎我們的意料之外；而灰燼具有重量，不可然性和乾性，毫無疑問它們屬土元素。 （教材取自波以耳原著懷疑的化學(xué)家之中譯本內(nèi)容，所提到亞里斯多德學(xué)派的粒子觀點）,11,物質(zhì)由多種元素組成,直到西元1655年， 波以耳相信古希臘的德謨克利特說法，並為此進行了一連串的實驗。而大膽提出了元素學(xué)說，並反駁亞里斯多德學(xué)派的四種元素與四種性質(zhì)說的粒子觀點。,Robert Boyle (1627-1691）,12,波以耳提出純淨(jìng)物質(zhì)的元素說（1655）,波以耳以實驗方法反

5、駁亞里斯多德學(xué)派的粒子觀點。 波以耳說：我指的元素應(yīng)當(dāng)是某些不由任何其他物質(zhì)所構(gòu)成的原始的和簡單的物質(zhì)，或完全純淨(jìng)的物質(zhì)，是具有一定確定的、實在的、可察覺到的實物，他們應(yīng)該是用一般化學(xué)方法不能再分解為更簡單的某些實物。,13,拉瓦錫(1775)實驗後提出33種可信元素,拉瓦錫指出“化學(xué)元素是化學(xué)分析所達到的真正終點”。 他把自己知道的33種可信元素列成一張表。,Lavoisier Element,14,拉瓦錫提出燃燒物質(zhì)的氧化理論取代燃素說(1775),直到1775年，法國化學(xué)家32歲的拉瓦錫，通過長期的嚴(yán)格實驗，發(fā)現(xiàn)一種助燃住呼吸的氣體，而且許多酸都是由空氣中的這種助燃成分與金屬物質(zhì)結(jié)合而成

6、的。就是我們今天說的氧氣，氧的元素符號“O”，就是取自希臘文酸素Oxygen的第一個字母。,Antoine Lavoisier(1743-1794),15,質(zhì)量守恆定律 (1789),在西元1789年，法國的拉瓦錫經(jīng)由一連串的化學(xué)實驗，得知無論物質(zhì)經(jīng)過何種化學(xué)變化反應(yīng)前後各物質(zhì)質(zhì)量總和與反應(yīng)後各物質(zhì)質(zhì)量總和相等，這就是“質(zhì)量守恆定律”。 例如： 點火 氫(8克) 氧(64克) 水(72克),16,定比定律(1799),在西元1799 年， 法國化學(xué)家普勞斯特發(fā)現(xiàn)定比定律，它說“兩種或兩種以上的元素化合成一種化合物時，其重量比是一定的”。 加熱 碳酸鈣(200克) 灰石(112克) 二氧化碳(8

7、8克) 加熱 碳(24) 氧(64) 二氧化碳(88克) 例如上式中，碳加氧燃燒生成的二氧化碳和碳酸鈣加熱分解得的二氧化碳，分析兩者的二氧化碳組成發(fā)現(xiàn)，碳和氧之間有相同的質(zhì)量比。,Joseph-Louis Proust (AC 1754 - 1826 ）,17,倍比定律(1800),在西元1800年，英國科學(xué)家戴維發(fā)現(xiàn)倍比定律，它說當(dāng)兩種元素能互相化合，生成兩種或兩種以上化合物時，若其中一種元素的重量固定，則另一元素在各化合物中的相對重量，與它成簡單整數(shù)的倍數(shù)比。,例如： 加熱 碳(24) 氧(64) 二氧化碳(88克) 加熱 碳(24) 氧(32) 一氧化碳(56克),Humphry Dav

8、y （17781829）,18,定比定律與倍比定律相對應(yīng)關(guān)係表,19,道耳吞提出原子假說(1803),英國的道耳吞結(jié)合質(zhì)量守恆定律與定比定律於1803年提出原子學(xué)說，主要概念如下： 1.一切的物質(zhì)都由原子所組成。原子是最基本的粒子，且不分割。 2.相同元素的原子，具有相同的質(zhì)量及性質(zhì)。不同的元素的原子，質(zhì)量和性質(zhì)不同。 3.不同元素的原子，能以簡單的整數(shù)比，結(jié)合成化合物。 4.原子不能再分割，只能以整個原子相結(jié)合。故化學(xué)變化就是原子的重新排列和組合。,John Dalton (17661844),20,氣體反應(yīng)體積定律(1808),在西元1808 年，法國的給呂薩克的氣體反應(yīng)體積定律在定溫、定

9、壓下反應(yīng)氣體的體積之間有一定的簡單整數(shù)比。 氫氣(1升) 氯氣(1升) 氯化氫(2升) 氫氣(2升) 氧氣(1升) 水蒸氣(2升),Joseph Louis Gay-Lussac （17781850）,21,道耳吞原子學(xué)說不能解釋給呂薩克的氣體反應(yīng)體積定律,氫氣(2升) 氧氣(1升) 水蒸氣(2升),以此圖示可解釋反應(yīng)體積比應(yīng)該是2：1：2，但是原子被分割違反道耳吞原子學(xué)說。,依原子說來推論此反應(yīng)體積比應(yīng)該是2：1：1，但不符合實驗結(jié)果 2：1：2。,22,亞佛加厥分子說(1811),在西元1811 年，義大利化學(xué)家亞佛加厥，將道耳吞的“原子學(xué)說”和給呂薩克的“氣體反應(yīng)體積定律”結(jié)合，指出分子

10、是由原子組成的小球，確立為“原子分子說”。,Amedeo Avogadro （1776-1856),23,原子說 被 分子說 取代,由道耳吞原子說只說明氫氣是由氫原子構(gòu)成；氧氣是由氧原子構(gòu)成；氯氣是由氯原子構(gòu)成；而氫原子和氧原子能化合成水；氫原子和氯原子則化合成氯化氫。 但不瞭解水分子究竟含有幾個氫原子與氧原子，氯化氫分子含有幾個氫原子與氯原子 ;也不知道氫氣、氧氣或氯氣的分子由幾個原子所構(gòu)成。,24,亞佛加厥分子說可以解釋給呂薩克的氣體反應(yīng)體積定律,氫氣(2升) 氧氣(1升) 水蒸氣(2升),將原子概念以分子取代後，此圖示可以解釋體積比是2：1：1，因此道耳吞原子說被亞佛加厥分子說取代。,2

11、5,亞佛加厥並提出現(xiàn)今所說的亞佛加厥定律,亞佛加厥並說同溫，同壓時，同體積的任何氣體具有相同的分子數(shù)（亞佛加厥定律）。,26,基本定律提出年代與發(fā)展程序圖,27,道耳吞原子說觀念和今日原子觀念比較表,28,元素的週期如何發(fā)現(xiàn),發(fā)現(xiàn)各種元素 進行相似性分類 發(fā)現(xiàn)週期性,29,二、元素週期如何發(fā)現(xiàn)週期表,30,拉瓦錫(1775)實驗後提出三十三種可信元素,拉瓦錫指出“化學(xué)元素是化學(xué)分析所達到的真正終點”。 他把自己知道的三十三種可信元素列成一張表。,Lavoisier Element,31,道耳吞的原子量表,西元1803年，道耳吞以氫為基準(zhǔn)， 列出了化學(xué)史上的第一張 六種簡單原子和 十五種化合物原

12、子的原子量表。,32,德貝賴納的三元素組,西元1829年，人們探知的元素達到五十四種。此時德國科學(xué)家德貝賴納首先選出元素中的十五種，按類似性分為五組，提出了“三元素組”假設(shè)。 他認(rèn)為一組中的三個元素，不僅物質(zhì)相似，而且原子量的大小也有規(guī)律。 即中間元素的原子量等於前後兩個元素原子量的算數(shù)平均數(shù)。,Johann Wolfgang Dobereiner （1780-1849）,三元素組,33,尚古多的元素關(guān)係螺旋圖,西元1862年，法國科學(xué)家尚古多，對元素間內(nèi)在關(guān)係的深入探索，繪製出了他的元素關(guān)係螺旋圖，首先暗示出元素週期的概念。,Alexandre-Emile Bguyer de Chancou

13、rtois (1820-1886 ),底圖為 元素關(guān)係螺旋圖,34,邁爾的六元素表,西元1864年，德國化學(xué)家邁爾，又進一步把彼此相關(guān)的表現(xiàn)成族的六個元素聯(lián)繫起來，建立“六元素表 ”。,Julius Lothar Meyer ( (18301895),六元素表,35,紐藍(lán)茲的八音律,西元1865年，英國化學(xué)家紐藍(lán)茲把當(dāng)時已知的元素按原子量大小的順序進行排列，發(fā)現(xiàn)無論從哪一個元素算起，每到第八個元素就和第一個元素的性質(zhì)相近，這很像音樂上的八音度循環(huán)。因此他把元素的這種週期性叫做“八音律”，並據(jù)此畫出了標(biāo)示元素關(guān)係的八音律表。,John Alexander Reina Newlands (1837

14、1898）,八音律表,36,門得列夫的元素週期表,直到西元1869年，俄國的門得列夫創(chuàng)立了化學(xué)元素週期表，是近代科學(xué)史上的輝煌成果。 門捷列夫的週期表宣佈，把元素按其原子量的大小排列起來，在物質(zhì)上會出現(xiàn)明顯的週期性； 原子量的大小決定元素的性質(zhì)； 可根據(jù)原子量和元素的性質(zhì)對未知元素做出預(yù)測； 可根據(jù)週期律修正已知元素的原子量。,Dmitry Ivanovich Mendeleyev （18341907）,37,門得列夫的元素週期表,38,發(fā)現(xiàn)門得列夫預(yù)測元素,1879年，瑞典化學(xué)家尼爾森發(fā)現(xiàn)了新元素鈧（Sc），證實了門得列夫類硼的預(yù)言。 西元1886年，德國化學(xué)家文克勒發(fā)現(xiàn)新元素鍺，證實了門得

15、列夫類硅的預(yù)言。,Lars Frederik Nilson （18401899）,Clemens Alexander Winkler (1838-1904）,39,早期化學(xué)課本中的週期表（112個）,40,週期表的發(fā)展（Periodic Table),2006/10/16 美國的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室宣布，該實驗室與俄羅斯科學(xué)家合作，利用俄方的回旋加速器設(shè)備，成功合成了118號超重元素，並觀察到其存在了不到1毫秒時間。 這些元素都是人造的，所以存在壽命超短，像原子量297（中子179、質(zhì)子118）的118號元素，只存在0.9毫秒，短到科學(xué)家還搞不清它們能做什麼。,41,不同呈現(xiàn)方式的週期表,

16、42,思考問題,週期表中的元素是否可以一直發(fā)現(xiàn)下去，是否有原子序的最大極限 ？ 週期表還有其他的週期呈現(xiàn)方式嗎？,43,三、原子的基本組成粒子電子、質(zhì)子與中子,44,原子的結(jié)構(gòu),原子能不能再分割？,45,法拉第發(fā)現(xiàn)電的粒子性,1834年，法拉第研究各種熔融的鹽類電解時，發(fā)現(xiàn)鹽類分解的量與通入的電量成正比，因而由實驗證明電荷的存在。 通過對電解過程的研究總結(jié)出了電解定律，在電解時電極上分出來的物質(zhì)量和通過電解液的電量成正比；同時揭示了離子帶電量與離子化合價成正比的關(guān)係。,Michael Faraday (1791-1867),46,法拉第發(fā)現(xiàn)電的粒子性,那時的人們知道一克當(dāng)量物質(zhì)所包含的粒子數(shù)目

17、為亞佛加厥常數(shù)，既6.0238 1023個。這樣就可以計算出任何一價元素的一個粒子上，所帶的電量為4.802 10-10絕對靜電量(e.s.u.)，它是電的最小單位，表示電荷是分開的粒子所造成的。 顯示電是粒子組成，而非是連續(xù)結(jié)構(gòu)，為電的粒子性結(jié)構(gòu)思想提供了實驗數(shù)據(jù)。,47,湯木生發(fā)現(xiàn)原子含有微粒,1895年，湯木生從陰極射線的實驗發(fā)現(xiàn)“電子”，他證實各種原子都含有一種相同的粒子，此粒子的質(zhì)量比原子輕得多，他稱為微粒(現(xiàn)在稱為電子)。 他並利用陰極射線在電場與磁場的偏轉(zhuǎn)，測出電子的電荷對質(zhì)量的比質(zhì)e/m=1.76108庫侖/克。,Joseph John Thomson （1856 一 1940

18、 ),48,陰極射線實驗示意圖,1.置一障礙物於管中會形成投影,2.置一風(fēng)車於管中，陰極射線會轉(zhuǎn)動風(fēng)車,3.在管外加電場或磁場，會使陰極射線產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),4.陰極射線的產(chǎn)生與放電管中氣體種類及陰極材料無關(guān),49,湯木生提出葡萄乾布丁原子模型,1903年，湯木生就據(jù)此他發(fā)現(xiàn)的電子提出葡萄乾布丁原子結(jié)構(gòu)“均勻模型”，成功的解釋了許多的實驗結(jié)果。,原子的葡萄乾布丁模型示意圖,50,米立坎發(fā)現(xiàn)電子的基本電荷值,1909年美國人米立坎以油滴實驗方式測定出電子的基本電荷值。 他發(fā)現(xiàn)油滴上的電荷有正或有負(fù)的不同，但所得的數(shù)值都是1.60210-19庫侖的整數(shù)倍。 他推定出電荷的最基本單位 e=1.60210-1

19、9庫侖。,Robert Millikan （1868-1953）,51,索迪假設(shè)同位素的存在,1910年，同位素是英國物理學(xué)家索迪命名的，他根據(jù)對於天然放射系各種元素的化學(xué)性質(zhì)的研究 ，他提出同位素的假說，他指出同位素在週期表中佔同一位置的元素，原子序相同，但原子質(zhì)量不同。,Frederick Soddy （1877-1956）,52,拉塞福的粒子散射實驗,拉塞福發(fā)現(xiàn)葡萄乾布丁原子模型無法解釋的現(xiàn)象。 1911年，拉塞福以粒子撞擊不同的金屬箔，發(fā)現(xiàn)下列結(jié)果： 1.大部份粒子平行穿過； 2.小部份粒子穿過時做了大角度的偏折； 3.極少數(shù)的粒子1800反射回來。,Ernest Rutherford

20、 (1871-1937),散射實驗示意圖,53,拉塞福提出原子有核模型,拉塞福提出“原子有核模型”。 原子有一個極小的可以叫做原子核的中心體，原子的質(zhì)量幾乎集中在這個核上，這個核只有原子大小的幾萬分之一，帶正電荷。 核外有電子圍繞旋轉(zhuǎn)它們，電性為負(fù)，由於核電荷與電子電荷相等所以整個原子為電中性。,原子有核結(jié)構(gòu)模型,54,湯木生發(fā)現(xiàn)元素的同位素,1913年，湯木生利用質(zhì)譜儀測量元素的質(zhì)量，並發(fā)現(xiàn)元素的同位素。 為什麼同一種元素會有不同質(zhì)量的同位素？“葡萄乾布丁”的原子模型無法解釋同位素。,55,莫色勒以X射線建立原子序概念,1913年莫色勒利用電子撞擊不同的金屬靶所產(chǎn)生的X-射線，而得X-射線光

21、譜，發(fā)現(xiàn)“愈重的原子，其所產(chǎn)生的X-射線波長愈短”，而建立了原子序的概念。 愈重的原子受電子撞擊後，會發(fā)出愈短的X射線 。 莫色勒的發(fā)現(xiàn)可以證明波爾的原子構(gòu)造理論。,Henry Gwyn Jeffreys Moseley (1887-1915),56,拉塞福實驗發(fā)現(xiàn)原子核中的質(zhì)子,1919年，拉塞福以粒子撞擊多種不同的原子核。他在轟擊氮原子核時，核破裂發(fā)射出原子量是一帶正電粒子，他命名為質(zhì)子，他並發(fā)現(xiàn)質(zhì)子原來就是氫的原子核。拉塞福因此認(rèn)為份量最輕的氫原子核，是所有原子的建築材料，因此用希臘文“第一”位其命名，漢語譯為“質(zhì)子”。同時破裂後的氮原子核，則和粒子結(jié)合成氧原子核。 方程式：42He +

22、147N 178O + 11P 。,57,拉塞福預(yù)測原子核除質(zhì)子應(yīng)還有其他粒子,1920年，拉塞福為了解釋同位素的現(xiàn)象，提出“中子”概念，拋開了質(zhì)子電子說，提出了原子核裡還有某種未知的粒子的假設(shè)。 他指出這種粒子必須是電中性的，正是它的量造成了同一種元素原子的質(zhì)量不同，形成同位素。,58,查兌克證實原子核的中子,1932年，查兌克以粒子(42He+ )撞擊鈹原子， 他的實驗內(nèi)容：是以粒子撞擊後，產(chǎn)生碳原子，並發(fā)現(xiàn)中子。,方程式：42He + 94Be 26C + 10n,James Chadwick (18911974),59,原子結(jié)構(gòu)組成的確定,電子、質(zhì)子與中子依序被實驗發(fā)現(xiàn)，至此原子的結(jié)構(gòu)

23、組成大致確定。 問題1：電子、質(zhì)子與中子還可以再分割？ 問題2：原子核中的質(zhì)子帶正電，為什麼不會相斥而讓原子核裂開？,60,介子造成的帶正電質(zhì)子不分開的原因,原子核存在一種強作用力，讓原子核中的中子跟質(zhì)子有介子在其中傳遞，而讓原子核產(chǎn)生穩(wěn)定的能量。 若能用顯微鏡看原子核，會看到質(zhì)子與中子相互轉(zhuǎn)變，因介子使質(zhì)子和中子互換身份，也因為介子使原子和中子能緊密黏在一起而不會分裂。,61,湯川秀樹預(yù)言介子的存在,1935年日本物理學(xué)家湯川秀樹提出了介子場的數(shù)學(xué)理論，預(yù)言存在一種介子，參與了核子之間的強相互作用，他並預(yù)言這種介子的質(zhì)量應(yīng)該為電子的200倍。,湯川秀樹 （1907-1981）,62,鮑威爾找

24、到介子,1947年英國物理學(xué)家鮑威爾發(fā)展出以乳膠照像法研究核物理，在宇宙射線中又發(fā)現(xiàn)了一種粒子，帶單位正電荷或負(fù)電荷，質(zhì)量為電子的273倍，與核子有很強的相互作用，平均壽命2.6031010-8秒，為湯川秀樹預(yù)言的介子，後叫做介子。,Cecil Frank Powell （19031969 ）,63,基本粒子假設(shè)-夸克,一九六四年，蓋爾曼與史維格提出質(zhì)子與中子分別是由夸克以不同的方式組成的夸克(quark)基本粒子的組成的單元。 夸克可分成三個世代共六種： 第一代：上夸克u 、下夸克d 第二代：奇異夸克s 、魅夸克c 第三代：底夸克b 、頂夸克t 質(zhì)量大小是 Mu Md Ms Mc Mb Mt

25、 夸克無法單獨存在,Murray Gell-Mann （1929 - ),George Zweig （1937- ）,64,丁肇中發(fā)現(xiàn)第一個夸克 魅夸克c,1974年，丁肇中以粒子對撞方式發(fā)現(xiàn)第一個夸克魅夸克。,丁肇中 (1936- ),65,原子與原子核組成發(fā)展史,66,原子組成物質(zhì)與結(jié)構(gòu)比例,1 a.m.u=1.66058x10-24克 1單位電荷=1.6022x10-19庫侖,67,思考問題,構(gòu)成世界的組成會不會還有更基本的粒子呢？,68,四、原子內(nèi)電子的運動方式古典力學(xué)與量子力學(xué),69,黑箱中的可以確認(rèn)嗎？,問題：黑箱裡的東西 一個黑箱子裡放了一樣?xùn)|西，你可以伸手到箱子摸這樣?xùn)|西，摸起

26、來熱熱的，表面很粗糙，是球狀軟軟的，但是你無法打開箱子來看，你可以正確猜出這是什麼東西嗎？,70,光是粒子還是波？,光是粒子還是波？,72,一般傳統(tǒng)認(rèn)為光譜是連續(xù)的（能量值也是連續(xù)的）,一般認(rèn)為光通過三稜鏡就會被色散(dispersion),形成一連續(xù)光譜，因此認(rèn)為能量值是連續(xù)的，且光和輻射是一種電磁波。 當(dāng)加熱一個金屬時，金屬放出的光線通過三稜鏡得到一個連續(xù)的光譜。,73,加熱氣體放出光線得到的是線狀光譜而不是連續(xù)光譜（能量值可以不連續(xù)？）,在放電管中充入氫氣（或其他氣態(tài)原子等），加以高電壓，原子受激後放出藍(lán)色的光，經(jīng)過分光儀照在底片上，會呈現(xiàn)一系列明亮線條。 如：來曼系、巴耳麥系、帕申系,

27、74,氫原子光譜,75,提出能量值是非連續(xù)的（因為發(fā)現(xiàn)非連續(xù)光譜）,1900年德國物理學(xué)家蒲朗克提出高溫物體發(fā)光時，其放出的能量值並不是任意值，而必須是一個與光頻率 成正比的定值的整數(shù)倍。 E=n h h=6.63 x 10-34 J. s蒲朗克常數(shù) n是整數(shù) 是頻率,Max Karl Ernst Ludwig Planck （1858-1947）,76,愛因斯坦提出光具有粒子性,1905 年德裔瑞士人愛因斯坦提出 愛因斯坦光電方程式 Emax= hW Emax 是光電子的最大動能， h 是入射輻射中光量子的能量， W 是各個光電子離開金屬表面所要作的功 因此只要光的頻率低於某個特定值，不管怎

28、麼照，電子都不會跳出金屬,Albert Einstein （1879-1955）,77,光具有粒子和波動的雙重特性,光波是粒子，那麼粒子是不是波呢？ 1923年法國科科學(xué)家德布洛依提出微小粒子運動時，會同時具有粒子性和波動性，稱為物質(zhì)-波動二元性理論。 1927年Davisson和Germerg實驗證實電子有波動現(xiàn)象，波動現(xiàn)象無法以粒子觀點得到解釋。 由物質(zhì)具有波的特性的假設(shè)開始了量子力學(xué)理論發(fā)展的年代。,Louis-Victor-Pierre-Raymond, 7th duc de Broglie （1892-1987）,78,原子核外電子的運動模型,科學(xué)就像是在黑箱中摸東西，除了摸，還需要

29、有豐富想像力。 電子在核外運動方式，也是靠科學(xué)家慢慢摸索出來，但是因為無法打開箱子，所以就會有多種可能，只是比較誰說出來的物體（科學(xué)模型）最符合目前所摸出來的特徵（自然現(xiàn)象）。,79,電子在原子內(nèi)是否有運動？,靜止？ 不動 非靜止？ 以沒有規(guī)律性的移動方式 以有規(guī)律性的移動方式,80,電子在原子內(nèi)如何運動？,沒有規(guī)律，彈性碰撞隨機運動 有規(guī)律、軌道式運動 不管規(guī)律或不規(guī)律運動，會呈現(xiàn)特定機率分佈狀態(tài),81,拉塞福的核外電子的行星運動模型,不能解釋原子的穩(wěn)定性 電子繞原子核的運動為加速度運動，因此會不斷的輻射出電磁波，而使電子的動能減少，最後墜落在原子核上，無法構(gòu)成一穩(wěn)定的原子。 不能解釋明線原

30、子光譜 當(dāng)電子輻射能量而逐漸以圓週運動接近原子核時，應(yīng)放出頻率越來越高的電磁波而產(chǎn)生連續(xù)光譜，但觀察的卻是氫原子的線光譜。,Ernest Rutherford (1871-1937),82,波耳的核外電子的軌道運動模型,1913波耳的氫原子模型 波耳為了解釋這些氫原子光譜，引進卜朗克和愛因斯坦的量子論，結(jié)合牛頓力學(xué)，提出波耳的原子模型。,Niels Henrik David Bohr (1885-1962),83,量子力學(xué)的核外電子軌域模型,量子力學(xué)拋棄古典力學(xué)需要描述電子的位置與速度的方式，因為有科學(xué)家認(rèn)為電子是在原子核外快速的移動，無法預(yù)測電子移動的路徑，僅能預(yù)測描述電子在空間中出現(xiàn)的平均

31、分佈機率。,84,電子在空間中出現(xiàn)的平均分佈機率,85,無法同時測量出核外電子的位置和運動速度,海森堡的測不準(zhǔn)原理 某個粒子的位置和動量不能同時被測量出來，對其中一個參數(shù)測量的越準(zhǔn)，由於測量的干擾，另一個參數(shù)便會變得更不準(zhǔn)；時間、空間和物質(zhì)都不是可以被明確確定的，我們不可能完全準(zhǔn)確的測量出宇宙現(xiàn)在的狀態(tài)。既然連現(xiàn)在的狀態(tài)都不能被完全準(zhǔn)確的測量，那麼對未來的事件就更不能被完全準(zhǔn)確的推論了。 海森堡道出了這無可避免的無奈，也等於間接否定了電子的圓周運動模式。,Werner Karl Heisenberg （1901-1976）,86,描述電子的行為以數(shù)學(xué)式來表示,薛丁格波動方程式：薛丁格（Erwi

32、n Schrodinger）用數(shù)學(xué)的方法，以一函數(shù)來描述電子的行為，而要處理電子的波動性質(zhì)及位置的不確定性，必須用極複雜的數(shù)學(xué)方式波動力學(xué)模型。 依照此模型，可以得到電子在空間存在的機率分布，根據(jù)海森堡測不準(zhǔn)原理，我們無法很準(zhǔn)確地測到它的位置，可以測得的是在原子核外每一點電子出現(xiàn)的機率。,Erwin Rudolf Josef Alexander Schrdinger (1887-1961),原子核外的電子如何運動？,88,波耳的氫原子模型仍然可以用於解釋一些現(xiàn)象,因為波耳的氫原子模型電子繞著原子核的一定軌道做圓周運動容易被瞭解，因此教科書在某些情況下，仍會用它來解釋電子光譜與電子躍遷。 近代的原子理論，並非將電子視為簡單粒子，電子不是繞著