原子模型发展史
原子结构模型演变
Cl：+18 2 8 8
+16 2 7 7 S：
+14 2 9 3 Si：
氢气球里面装的是氢气吗？
稀有气体元素原子电子层排布
核 电 荷 数
2 10 18 各电子层的电子数 元素 名称 元素 符号 K 2 2 2 8 8 8 L M N O P
最外层电子 数
第三单元
人类对原子结构的认识
一、原子结构模型的演变
原子论思想起源
公元前五世纪,古希腊哲学家德谟 克利特等人认为：万物是由大量的不 可分割的微粒构成的,即原子。
一、原子结构模型的演变
道尔顿原子模型（1803年）： 原子是实心球 汤姆生原子模型（1904年）： “葡萄干面包式”原子结构模型 卢瑟福原子模型（1911年）：带核的原子结构模型 波尔原子模型(1913年): 分层模型
ClK+
Mn+ Mm-
阳离子：质子数＝核外电子数＋离子所带电荷数 阴离子：质子数＝核外电子数—离子所带电荷数
下列粒子的结构示意图中属于阴离子的是：
2、质量
构成原子 的粒子 质量/kg 电子 9.109〓10-31 质子 中子
1.673〓10-27 1.675〓10-27
相对质量 1/1836(电子与 ① 质子质量之比)
2 8 8
氦 氖 氩
He Ne Ar
36
54 86
氪
氙 氡
Kr
Xe Rn
2
2 2
8
8 8
18
18 18
8
18 32 8 18 8
8
8 8
3、原子结构与元素性质的关系
（结构决定性质）
原子结构模型的演变
原子结构模型的演变
原子结构模型的演变经历了多个阶段，其中最重要的包括：
1. 原子不可分模型：古希腊的哲学家认为，物质是由不可分的粒子构成的。
2. 道尔顿原子模型：约翰•道尔顿是第一个提出原子理论的科学家。
他认为，所有的物质都是由小球状的原子构成的，这些原子在化学反应中不会被分解或破坏。
3. 汤姆逊原子模型：汤姆逊用阴极射线管实验证明了原子是可分的，并发现了电子。
他把原子看作是带有正电的球体，电子散布在球体内部。
4. 卢瑟福原子模型：卢瑟福利用金箔反射性实验证明了原子的核心是带有正电的，并提出了原子的行星模型，即核心像太阳一样，电子绕核心旋转。
5. 波尔原子模型：尼尔斯•波尔用量子理论解释了原子的行为，并提出了原子壳层模型，即电子只能在固定的能级上旋转。
6. 原子云模型：薛定谔用波动理论解释了原子的行为，提出了原子云模型，即电子在很多不同的能级上旋转，并且存在于原子的三维空间中。
原子结构模型演变
汤姆生的原子模型 1897年，J.J.Thomson 发现了原子中 存在电子，人们认识到原子是由更小的微 粒构成的。
1904， J.J.Thomson
卢瑟福的核型原子模型
α粒子散射实验
E. Rutherford, 1871-1937，1911年 提出原子核型模型。
玻尔的原子模型 1913年，丹麦物理学家 Niels Bohr 在研究氢原子光 谱时提出了新的原子结构 模型。
公元 前5世 纪
19世 纪初
古希腊哲学家 德谟克利特的 古代原子说
英国科学家道 尔顿的近代原 子学说 汤姆生的“葡 萄干面包式” 或“西瓜式” 原子结构模型
①物质由原子组成；②原子不能创造， 也不能被毁灭；③原子在化学变化中 不可再分割，它们在化学变化中保持 本性不变
①原子中存在电子，电子的质量为氢 原子质量的1/1836；②原子中平均分 布着带正电荷的粒子，这些粒子之间 镶嵌着许多电子
19世 纪末 20世 纪初
1911年
英国物理学家 卢瑟福的带核 原子结构模型 或“行星式” 原子结构模型
①原子由原子核和核外电子组成，原子 核带正电荷，位于原子的中心，电子带 负电荷，在原子核周围作高速运动；② 电子的运动形态就像行星绕太阳运转一 样
1913年
①电子在原子核外一系列稳定的轨道上 丹麦物理学家 运动，每一轨道都具有一个确定的能量 玻尔的原子轨 值；②电子在这些轨道上运动时，既不 放出能量，也不吸收能量 道模型
氢原子光谱
N.Bohr,1885-1962
玻尔的原子模型
原子核外电子在一系列稳定的 轨道上运动，每个轨道都具有 一个确定的能量值。
量子力学原子模型 1927年-1935年，科学家认识到 原子核外电子的运动不遵循经典力学 原理，必须用量子力学方法来描述核 外电子的运动，由此而建立了量子力 学原子模型，从而产生了现代物质结 构学说。
原子结构模型发展史及其影响
一、原子结构模型发展史及其影响原子最初被认为没有质的区别，只有大小、形态和位置的区别，经过后期哲学家的发展，认识到各种原子也有质的区别。
古代的这种原子观是在缺乏实验佐证的情况下产生的。
18世纪末，英国化学家道尔顿（Dalion，1766—1844年）通过大量实验与分析，认识到原子是真实存在的，并确信物质是由原子结合而成的。
他于1808年出版了《化学哲学新体系》一书，提出了原子学说，认为每种单质均由很小的原子组成。
不同的单质由不同质量的原子组成。
并认为原子是一个坚硬的小球，在一切化学变化中保持基本性质不变。
此后近一百年，关于原子的结构的认识没有大的变化。
在19世纪末，放射性元素逐一被发现，它们裂变的事实冲破原子不能再分的传统观念。
1897年英国科学家汤姆孙（1856—1940）发现原子里有带负电荷的电子。
这一切激励着科学家们去探索原子的内在结构。
1904年，英国科学家汤姆孙首先提出葡萄干面包原子模型。
他认为既然电子那么小，又那么轻，因此原子带正电部分充斥整个原子，而很小很轻的电子浸泡在正电的气氛中，这正像葡萄干嵌在面包中那样。
电子带的负电荷被原子内带正电荷部分抵消，因此原子是电中性的。
汤姆森的原子模型能解释原子是电中性的，还能估计原子半径约为100pm（10-10m），因此它风行10多年，以后意外地被汤姆孙的学生卢瑟福推翻。
1911年，卢瑟福（1897—1937）和盖革（1882—1945）用α粒子轰击金属箔，并用荧光屏记录粒子散射现象的情况。
他发现大部分α粒子按直线透过金属箔，只有极少一部分α粒子被反弹回来或偏转很大角度。
这个实验充分说明原子内有很大空间，而正电荷部分集中在原子中心极小的球体内，这里占原子质量的99％以上。
因此，他断定汤姆孙的葡萄干面包的原子模型不符实际，同时他果断地提出新的原子模型。
1912年，卢瑟福联系太阳系中行星绕太阳旋转情况提出新的原子模型是带正电的原子核在原子正中，占原子质量的绝大部分，正像太阳系中太阳那样；带负电的电子环绕原子核作高速运动。
原子模型的历史演变PPT课件
①行星模型： 氢原子核外电的行星绕太阳运行一样。 ②定态假设
氢原子的核外电子在轨道上运行时具有一定的、不变的能量，不 会释放能量，这种状态被称为定态。能量最低的定态叫做基态；能量 高于基态的定态叫做激发态。 ③量子化条件
氢原子核外电子的轨道不是连续的，而是分立的。 ④跃迁规则
原子模型的历史演变
by— wait
前言
早在几千年 前，人们就有物质是由离 散单元组成且能够被任意 分割的概念，但这些想法 只是基于抽象的、哲学的 推理，而非实验和实验观 察。随着时间的推移以及 文化及学派的转变，哲学 上原子的性质也有着很大 的改变。
由古希腊人留 基伯（公元前500—约公元 前440年）提出的原子论让 原子的性质有哲学上转为 科学上。
③原子是微小的实心 球体。
汤姆生模型
约瑟夫·约 翰·汤拇逊1856年—1940 年，著名的英国物理学家， 以其对电子和同位素的实 验著称。他是电子发现者、 第三任卡文迪许实险室主 任。
1897年汤姆 生在研究稀薄气体放电的 实验中，证明了电子的存 在并测定了电子的荷质比， 这一试验轰动了物理界。
汤姆生的松糕模型
①电子是平 均的分布在整个原子上的， 就如同散布在一个均匀的 正电荷的海洋之中，它们 的负电荷与那些正电荷相 互抵消。
②在受到激 发时，电子会离开原子， 产生阴极射线。
汤姆生模型存在的缺陷
汤姆生提出的汤姆生模型已经比道尔顿模型 更进一步，说明了原子并不是不能再分的物质，原子里还 有正电荷和负电荷，但这也说明汤姆生模型的局限性，那 就是只能说明了原子中有电子的存在和电子带负电,不能 正确表示原子的结构。后来卢瑟福提出的原子模型就完善 了这个缺陷。
卢瑟福模型
•
欧内斯特·卢瑟
原子结构模型的演变
O 得 2e-
O2（- 带2个单位负电荷）
原子得失电子与化合价的联系P30
⒈金属单质Na、Mg能分别与非金属单质O2、Cl2反应生成氧 化物和氯化物，请写出这些氧化物和氯化物的化学式。
Na2O、MgO、NaCl、MgCl2 ⒉根据Na、Mg、O、Cl原子在反应中失去或得到电子
铜由铜原子直 接构成
食盐由离子构成
水由水分子构成
一、原子结构模型的演变：
1、道尔顿原子模型：提出原子论 原子是实心球
2、汤姆生原子模型：发现电子（带负电荷） “葡萄干面包式”
3、卢瑟福原子模型：发现原子核结构
带核的原子结构模型
4、玻尔原子模型:发现核外电子的能量
分层模型
5、现代原子模型:核外电子的运动和电子排
注意：多条规律必须同时兼顾。Βιβλιοθήκη 2、核外电子排布的表示方法：
①原子结构示意图：
原子核
电子层
原子核
第2层 第1层
第3层
+18 核电荷数
Ar
+18 2 8 8
原子核带正电
K层
L层
该电子
核电荷数
层上的
电子
该电子层上的电子数
M层
②离子结构示意图：
辨析原子结构示意图和离子结构示意图： 原 子：核内质子数＝核外电子数 阳离子：核内质子数 > 核外电子数 阴离子：核内质子数 < 核外电子数
元素、核素和同位素的关系：
核素 某种元素 核素 同位素
同位素的特性：
(1)化学性质几乎完全相同：
35 17
Cl、17
37
Cl
(2)物理性质不同：N不同，A不同，M不同，m不同
（3）原子个数百分比（即丰度）基本不变：
原子结构模型的演变
原子并不是构成物质的最小微粒 ——汤姆生发现了电子(1897年)
• 电子是种带负电、有 一定质量的微粒，普 遍存在于各种原子之 中。 • 汤姆生原子模型：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 和了电荷，从而形成 英国物理学家汤姆生 （J.J.Thomson ,1856~1940） 了中性原子。
α粒子散射实验（1909年） ——原子有核
• 卢瑟福和他的助手做了 著名α粒子散射实验。根 据实验，卢瑟福在1911 年提出原子有核模型。 • 卢瑟福原子模型（又称 行星原子模型）：原子 是由居于原子中心的带 正电的原子核和核外带 负电的电子构成。原子 核的质量几乎等于原子 的全部质量，电子在原 子核外空间绕核做高速 运动。
英国科学家卢瑟福 （E.Rutherford,1871~1937)Leabharlann 玻尔原子模型（1913年）
• 玻尔借助诞生不久的量 子理论改进了卢瑟福的 模型。 • 玻尔原子模型（又称分 层模型）：当原子只有 一个电子时，电子沿特 定球形轨道运转；当原 子有多个电子时，它们 将分布在多个球壳中绕 核运动。 • 不同的电子运转轨道是 具有一定级差的稳定轨 道。
现代物质结构学说
电子云
原子结构模型的演变
道尔顿原子模型 1803年
汤姆原子模型
1904年
卢瑟福原子模型
1911年
玻尔原子模型
1913年
电子云模型
1927-1935年
近代科学原子论（1803年）
• 一切物质都是由最小 的不能再分的粒子— —原子构成。 • 原子模型：原子是坚 实的、不可再分的实 心球。
“化学的新时代是从原 子论开始的” 英国化学家道尔顿 ——恩格斯 （J.Dalton , 1766~1844)
原子结构模型发展历程
玻尔模型 卢瑟福的理论吸引了一位来自丹麦的年轻 人，他的名字叫尼·玻尔，在卢瑟福模型的基础 上，他提出了电子在核外的量子化轨道，解决了 原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而令人信 服的原子结构学说。玻尔的原子理论给出这样的 原子图像：电子在一些特定的可能轨道上绕核作 圆周运动，离核愈远能量愈高；当电子在这些可 能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只 有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才 发射或吸收能量。玻尔的理论成功地说明了原子 的稳定性和氢原子光谱线规律。
太阳系模型 英国物理学家卢瑟福年 来到卢瑟福在做他的第一个 实验——放射性吸收实验时 发现了α射线。他把铀、镭 等放射性元素放在一个铅制 的容器里，在铅容器上只留一个小孔。由于铅能挡住放 射线，所以只有一小部分射线从小孔中射出来，成一束 很窄的放射线。卢瑟福在放射线束附近放了一块很强的 磁铁，结果发现有一种射线不受磁铁 的影响，保持直线行进。第二种射线 受磁铁的影响，偏向一边，但偏转得 不厉害。第三种射线偏转得很厉害。 卢瑟福在放射线的前进方向放不同厚
度的材料，观察射线被吸收的情况。第一种射线不受磁 场的影响，说明它是不带电的，而且有很强的穿透力， 一般的材料如纸、木片之类的东西都挡不住射线的前进， 只有比较厚的铅板才可以把它完全挡住，称为γ射线。 第二种射线会受到磁场的影响而偏向一边，从磁场的方 向可判断出这种射线是带正电的，这种射线的穿透力很 弱，只要用一张纸就可以完全挡住它。这就是卢瑟福发 现的α射线。第三种射线由偏转方向断定是带负电的， 性质同快速运动的电子一样，称为β射线。他经过深入 细致的研究后指出，α射线是带正电的粒子流，这些粒 子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子。汤姆逊 原子模型不能解释α粒子散射，卢瑟福经过仔细的计算 和比较，发现只有假设正电荷都集中在一个很小的区域 内，α粒子穿过单个原子时，才有可能发生大角度的
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原子结构理论模型发展史
道尔顿的原子模型
英国自然科学家约翰·道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学理论，提出了世界上第一个原子的理论模型。
他的理论主要有以下三点[11]：
①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子组成；
②同种元素的原子的各种性质和质量都相同，不同元素的原子，主要表现为质量的不同；
③原子是微小的、不可再分的实心球体；
④原子是参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失。
虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但，道尔顿第一次将原子从哲学带入化学研究中，明确了今后化学家们努力的方向，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来，道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”。
葡萄干布丁模型
葡萄干布丁模型由汤姆生提出，是第一个存在着亚原子结构的原子模型。
汤姆生在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型，汤姆生认为[11]：
①正电荷像流体一样均匀分布在原子中，电子就像葡萄干一样散布在正电荷中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消；
②在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。
汤姆生的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型的正确性。
土星模型
在汤姆生提出葡萄干布丁模型同年，日本科学家提出了土星模型，认为电子并不是均匀分布，而是集中分布在原子核外围的一个固定轨道上[16]。
行星模型
行星模型由卢瑟福在提出，以经典电磁学为理论基础，主要内容有[11]：
①原子的大部分体积是空的；
②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核；
③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。
带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。
随着科学的进步，氢原子线状光谱的事实表明行星模型是不正确的。
玻尔的原子模型
为了解释氢原子线状光谱这一事实，卢瑟福的学生玻尔接受了普朗克的量子论和爱因斯坦的光子概念在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。
玻尔原子结构模型的基本观点是[12]：
①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道（orbit)上绕原子核运动，不辐射能量
②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（E），且能量是量子化的，轨道能量值依n（1，2，3，...）的增大而升高，n称为量子数。
而不同的轨道则分别被命名为K（n=1)、L(n=2)、N(n=3)、O(n=4)、P(n=5)。
③当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。
如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。
玻尔的原子模型很好的解释了氢原子的线状光谱，但对于更加复杂的光谱现象却无能为力。
现代量子力学模型
物理学家德布罗意、薛定谔和海森堡等人，经过13年的艰苦论证，在现代量子力学模型在玻尔原子模型的基础上很好地解释了许多复杂的光谱现象，其核心是波动力学。
在玻尔原子
模型里，轨道只有一个量子数（主量子数），现代量子力学模型则引入了更多的量子数（quantum number)[11][12]。
①主量子数（principal quantum number)，主量子数决定不同的电子层，命名为K、L、M、N、O、P、Q
②角量子数(angular quantum number)，角量子数决定不同的能级，符号“l”共n个值（1，2，3，...n-1)，符号用s、p、d、f，表示对多电子原子来说，电子的运动状态与l有关。
③磁量子数（magnetic quantum number)磁量子数决定不同能级的轨道，符号“m”（见下文“磁矩”）。
仅在外加磁场时有用。
“n”“l”“m”三个量确定一个原子的运动状态。
④ 自旋磁量子数（spin m.q.n.）处于同一轨道的电子有两种自旋，即“↑↓”目前，自旋现象的实质还在探讨当中。