15原子核的结构
原子结构示意图
一、核外电子的排布 1、核外电子是分层排布的 人们发现原子核外电子 最少的有1层,最多的有7层.
2、核外电子排布的规律
第一层上电子数最多不超过2个，最外 层上最多不超过8个
• 第一电子层离核最近、能量最低，最 多能容纳2个电子。 • 第一层排满后，电子排在第二层，第 二层上最多可容纳8个电子。 • 第三层上最多可容纳18个电子 • …… • 最外层上最多可容纳8个电子（第一 层作为最外层时，最多2个）。
6 8
氢
碳 氧
0
6 8
1
6 8
钠
铁
11
26
11
26
12
30
11
26
从表中可以得出： 1、原子中，质子数＝核外电子数； 2、核内质子数就是核电荷数； 3、质 子 数 不 一 定 等 于 中 子 数，原 子 中 不 一 定 含 有 中 子； 4、构成原子的必要粒子是质子和电 子，决定原子种类的是核内质子数， 它必不可少。
5.核电荷数=质子数=核外电子数
2、 原子的构成
原 子 核 质子： 一个质子带一个单位 的正电荷 中子：中子不带电
原 子
电子： 一个电子带一个单位的负电荷
探究：
铁、铝等金属都是原子直接构成的，原子中存 在带电荷的粒子（质子和电子），原子是否显 电性？
原子不显电性
原子不显电性的原因：
由于原子核所带电量和核外电子的 电量相等，但电性相反，所以整个原 子不显电性。
3、原子结构示意图
原子核 + 15
原子核带正电
2
8 5
第 1层
质子数
第 2层 第 3层
（也叫最外层）
+2
2
+10 2 8
原子核的构成
原子核的构成一、引言原子核是构成物质的基本单位之一，它的结构和性质对于我们理解物质的本质和化学反应的机理有着重要的意义。
本文将介绍原子核的构成，包括核子、核力、核壳层等内容，以及对于原子核研究中所使用的一些实验技术进行简单介绍。
二、核子原子核是由质子和中子组成的，这些粒子被称为核子。
质子带正电荷，中子不带电荷。
在原子核中，质子和中子都被称为核粒子。
三、核力1. 核力概述原子核内部存在着一种特殊的相互作用力，被称为“核力”。
这种力只存在于极短距离内，并且只在原子核内部起作用。
它是保持原子核稳定的关键因素。
2. 核力类型目前已知存在两种类型的核力：强相互作用力和弱相互作用力。
强相互作用力是保持原子核稳定性最重要的因素之一，而弱相互作用力则在放射性衰变等过程中发挥作用。
四、壳层结构1. 壳层结构概述原子核内部的核子并不是随意排列的，它们遵循着一定的规律排列。
这种规律被称为“壳层结构”。
壳层结构类似于电子在原子中的排布。
2. 壳层结构特点原子核中，每个能级最多容纳2n^2个核子，其中n表示能级编号。
这意味着第一能级最多容纳2个核子，第二能级最多容纳8个核子，第三能级最多容纳18个核子，以此类推。
五、实验技术1. 质谱仪质谱仪是一种用于分离和测量原子或分子中各种粒子质量的仪器。
它可以通过对被测样品进行加速和分离来确定样品中各种粒子的质量。
2. 核磁共振核磁共振是一种通过对样品中原子核磁场进行测量来研究原子核性质的技术。
它可以用于确定原子核自旋、电荷分布等参数。
3. 中性粒子探测器中性粒子探测器是一种用于检测和测量中性粒子（如中子）的仪器。
它可以通过测量中性粒子与探测器之间的相互作用来确定中性粒子的能量、轨迹等参数。
六、结论原子核是构成物质的基本单位之一，它由质子和中子组成，并受到核力的作用保持稳定。
原子核内部存在着壳层结构，类似于电子在原子中的排布。
对于原子核研究中所使用的实验技术包括质谱仪、核磁共振和中性粒子探测器等。
原子结构的基本原理
原子结构的基本原理原子是物质构成的最基本单位，也是化学反应的基础。
关于原子的结构，人们早在古代就有过猜测和探究，但真正系统地研究和解释原子结构的理论则是在近代化学和物理学发展的基础上逐渐形成。
本文将从原子的基本组成入手，介绍原子结构的基本原理。
原子的组成原子的组成主要包括质子、中子、电子。
其中质子和中子构成了原子的核，电子则绕着核旋转。
质子和中子带有等量的正负电荷，电子带有相反的电荷。
在正常情况下，原子中质子数等于电子数，因此原子整体是中性的。
不同原子的质子数和中子数不同，因此它们的种类也不同。
原子核的结构原子核是原子的中心，由质子和中子组成。
质子质量为1（单位是核质量单位，1u），载正电量，中子质量为1，不带电荷。
核的大小很小，通常只有几个十亿分之一厘米，在核物理学中称为“费米尺度”。
原子核的结构为“质子-中子”结构，表明核内质子和中子的数量比例与质量数A相同。
即原子核的结构可以表示为“A,Z”，其中A表示核质量数（质子数和中子数总合），Z表示原子序数。
例如，氦原子的核内结构可以表示为“4,2”，即氦的核内含有4个物质质量相等的粒子，其中2个是质子，另外2个是中子。
电子的分布电子为载负电量的粒子，质量很小，只有1/1836个质子的质量。
电子的运动可以看做是在不同能级上的跃迁，这些能级的大小和数量是固定的，不同元素的电子能级的情况不同。
原子中的电子绕着核运动，这个过程中所受的引力恰好可以平衡它的离心力，因此电子轨道不会塌陷，从而形成原子的三维结构。
电子的能级电子的能级可以看作是电子的状态，与它的位置、速度和运动方向相关。
电子的能级离核越远，其动能越高，原子的能量也就越高。
原子的能级分层次，每个层次都有一定数量的能级，不同能级距离核心的距离也不同。
电子的填充电子填充按照一定的规律进行，即能量低的能级填充完后才会填充能量高的能级。
这个规律称为“能级基本原理”，在化学反应中，电子的填充及跃迁是化学反应的基础。
原子核的结构与稳定性
原子核的结构与稳定性原子核是构成原子的基本组成部分之一，它的结构和稳定性对于理解物质的性质和发展原子理论有着重要的意义。
首先，让我们来了解原子核的结构。
原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电。
质子和中子集中在原子核的中心，形成了原子核的主要质量部分。
质子和中子的数量决定了原子核的质量数，同时也决定了原子的化学元素。
原子核中的质子数量称为原子核的原子序数，决定了元素的化学性质。
原子核的稳定性是指原子核在各种核反应和衰变中能够维持相对长时间的状态。
稳定的原子核通常具有特定的质子和中子数量比，这种比例能够使核中的质子和中子相互吸引并保持平衡。
而不稳定的原子核则会通过核衰变释放出能量，转化为更稳定的核。
稳定性的决定因素之一是核力。
核力是一种非常强大的作用力，它能够克服质子之间的相互排斥力，保持原子核的结构稳定。
核力比电磁力要强大得多，它是由短程作用力引起的，只作用于极近距离的核子之间。
质子和中子之间的核力可以抵消电磁力的排斥作用，从而维持原子核的稳定。
除了核力以外，还有其他因素会影响原子核的稳定性。
其中之一是质子和中子的数量比例。
有些元素的原子核中的质子和中子数量比是非常稳定的，而其他比例则是不稳定的。
当质子和中子的比例偏离稳定比例时，原子核就会变得不稳定，发生核衰变以调整其比例。
另一个影响原子核稳定性的因素是核子的总能量。
原子核中的质子和中子都具有自己的能量状态，当核子能量较低时，原子核可能会较稳定。
而当能量较高时，原子核就更容易发生核反应或衰变。
原子核的结构和稳定性是理解核物理和核化学的基础。
通过研究原子核的结构和稳定性，科学家们可以预测和解释核反应和衰变，以及探索核能的利用和应用。
这些研究不仅在能源领域有着重要的应用，还有助于我们更深入地了解宇宙的起源和演化过程。
总而言之，原子核的结构和稳定性对于理解物质的性质和发展原子理论具有重要意义。
通过研究原子核的组成和稳定性机制，我们可以更好地理解核物理和核化学，并探索核能的应用和宇宙的奥秘。
原子核的结构和稳定性
原子核的结构和稳定性原子核是构成原子的重要组成部分，它的结构和稳定性对于原子的性质和行为具有重要影响。
本文将介绍原子核的结构组成、稳定性因素以及与核稳定性相关的概念和理论。
一、原子核的结构组成原子核由质子和中子组成，其中质子带正电，中子没有电荷。
质子和中子统称为核子。
质子和中子都存在于原子核的核子壳层中，类似于电子存在于原子的电子壳层中。
质子和中子的质量非常接近，都约为1.67×10^-27千克，由于原子核中的质子带正电，原子核整体带正电。
二、原子核的稳定性因素原子核的稳定性受到两种相互作用力的影响，即核内力和核外力。
1. 核内力核内力是由核子之间的强相互作用力引起的。
强相互作用力是一种极短程的、高强度的力，只作用在非常接近的核子之间。
这种力可以克服质子之间的电磁斥力，使得质子和中子能够紧密地结合在一起，保持原子核的结构稳定。
2. 核外力核外力是由质子和电子之间的库伦相互作用力引起的。
由于质子带正电，它们之间会存在电磁斥力，如果核内力无法克服电磁斥力，原子核将不稳定而发生衰变。
为了达到稳定状态，原子核中的质子与中子的数量要适当搭配，保持一个合适的比例。
三、核稳定性相关的概念和理论1. 质子数和中子数原子核的质子数等于核中质子的数量，用符号Z表示；中子数等于核中中子的数量，用符号N表示。
原子核的质量数等于质子数和中子数之和，用符号A表示，即A = Z + N。
2. 同位素具有相同质子数Z但中子数N不同的原子核称为同位素。
同位素具有相似的化学性质，但由于中子数不同，它们的物理性质和核稳定性可能有所差异。
3. 核稳定带和带外核素通过实验观察可以发现，具有特定的质子数和中子数组合的原子核更稳定。
这些稳定的核素分布在核稳定带内，而核稳定带外的核素则更不稳定。
核稳定带的位置随质子数的增加而向高质子数方向移动。
4. 质子-中子比例原子核的质子-中子比例对于核稳定性至关重要。
通常情况下，原子核中的质子数约等于中子数，即Z≈N。
原子结构示意图
(2)、最外层最多容纳电子数--8---个-------。 （K层为最外层时，最多容纳电子数---2---个-----） （3）、次外层最多容纳电子数-----1---8--个--------（4）、倒数第三层最多容纳电子数--3---2--个-------
②每个电子层最多只能容纳2n2个电子。
③ 最外层最多只能容纳 8个电子（K层为最外 层时不能超过2个）
次外层最多只能容纳18个电子（K层为次外 层时不能超过2个
倒数第三层最多只能容纳32个电子
注意：多条规律必须同时兼顾。
3、核外电子排布的一般规律：
(1)、第n层最多容纳电子数（n指的是电子层数）
2n 个 --------------2-----------。1→ 2 → 3→ 4→ 5 → 6
+11 ② ⑧ ⑧ ⑧② +17
+11 ② ⑧
⑧ ⑧② +17
结论
1、活泼金属元素易失电子变为带正电荷的 阳离子
Mg 失 2e-
Mg2+（带2个单位正电荷）
2、活泼非金属元素易得电子变为带负电 荷的阴离子
O 得 2e-
O2- （带2个单位负电荷）
Mg
+12
Mg2+
+12
O2-
O
+8
+8
结论：
原子最外层的电子数小于8个时，在 化学反应中总是得到或失去电子而达到 最外层8电子的稳定结构。
１原子结构模型的发展历史 ２原子核外电子排布 ３原子结构示意图 ４化学反应中原子核外电子得失规律
一尺之捶，日取其半，万世不竭。
原子核的组成和结构
原子核的组成和结构原子核是原子的中心部分。
它包含带有正电荷的质子和没有电荷的中性粒子——中子。
原子核是原子的能级结构和行为的重要组成部分。
了解原子核的组成和结构对于理解化学和物理学基础是非常重要的。
一、原子核的发现原子核的探索开始于1896年。
当时，法国物理学家亨利·贝克勒尔（Henri Becquerel）在研究射线时发现了放射性现象。
他发现铀晶体放射出一种射线，这种射线可以穿过一些物质并使他们发光。
几年后，在这个领域工作的人们发现了放射性核素的概念，这些元素以放射性方式分解。
放射性现象的研究推动了放射性粒子的发现。
玛丽·居里和皮埃尔·居里夫妇最初研究射线的时候，认为它们是原子中的一部分，但很快发现这些粒子比原子小。
他们发现了三种辐射：α粒子、β粒子和伽马射线。
这三种粒子中，α粒子在实验中有最强的影响力。
因此，物理学家认为他们可能是原子核的组成成分。
在1911年，欧内斯特·卢瑟福进行了一项著名的实验，他发现α粒子受到原子核的强力反弹，证明了这个想法。
二、原子核的组成原子核由质子和中子组成。
质子和中子是一种称为核子的粒子。
质子带有正电荷，中子是电中性的。
当数量相等的质子和中子结合起来时，它们形成了原子核。
原子核的构成物是质子和中子，它们对核的特性和反应起了很大作用。
一个原子核的质子数量也被称为原子序数，通常用一个字母“Z”代表。
原子核的中子数量被称为中子数，它通常用一个字母“N”代表。
因此，原子核的总数（即质子和中子的总和）通常表示为“Z＋N”。
三、原子核的结构原子核的结构是非常有序的。
质子和中子排列成一定的模式，这些模式对原子核的稳定性具有重要意义。
核外的电子决定原子的化学特性。
在原子成分的透明条件下，两种或三种不同的原子可能有相同的化学特性。
因此，原子核中的化学性质是很清楚的但并不是很重要的。
然而，核的结构对原子的物理性质和行为起到了重要的作用。
一些重要的概念，用于解释核的结构，包括：1、质子互斥原理：对于结果i≠j的两个质子，在核能量给定的条件下，它们之间总是存在排斥力，使得势能有始有终。
原子结构示意图
⑶ “6” 表示第二层上排有6个电子。
⑷ ＋8表示原子核内有8个质子 。
(5)
表示原子核
原子结构示意图
找规律
+1 1
氢
+3 21
锂
+422
铍
+523
硼
+22
氦
+624 +725 +8 26 +927 +1028
碳 氮氧 氟 氖
+1128 1+12 28 2 +1328 3 +1428 4+1528 5+1628 6+1728 7 +18288
D
2. 下列原子结构示意图是否正确？如有错误，指
出错误的原因。
原子结构示意图
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原子结构示意图
知识点——原子结构示意图
原子结构示意图 1.原子结构示意图
原子核 质子数（核电荷数）
电子数 电子层
要点：
圆圈标核电，
正号写在前，
弧线呈扇面，
数字一条线。
注：圈内数字 相同，属同种 元素。
原子结构示意图
2、原子结构示意图的意义： 以o原子结构示意为例
⑴ 弧线表示电子层，
⑵ “2” 表示第一层上排有两个电子。
钠
镁 铝 硅 磷硫 氯氩
原子结构示意图
1.1~18号原子结构示意图，你能发现其中有什么规律吗？
同一横行核外电子层数相同 同一纵行最外层电子数相同 同一横行最外层电子数从1~8周期性变化 在原子中核内质子数等于核外电子数 第一层最多排2个电子，第二层最多排8个电子,最外 层不超过8个电子
原子结构示意图
电子数为多于4个的一般是非金属原子，最外层电子 数为8个的是稀有气体（He为2个） 。 • 化学性质活泼或稳定主要取决于原子的最外层电子 数。金属原子容易失电子，非金属原子容易得电子 ，稀有气体性质稳定（一般不参与化学反应）。
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氢弹：氢核聚变 例：D和T聚合成氦核，同时放出一个中子，求 结合能
B [M ( D) M (T ) M ( He) mn ]
0.98794uC 17.6MeV
2
17.6MeV /A 3.5MeV A
（4）核力具有饱和性，结合能 任何物体在松散时的质量比在结合（集团）时的 质量要大。任何物体在松散时的静止能量比在结 合（集团）时的静止能量要大。
结合能：独立的核子结合在一起时所释放的能量 结合能近似地与核子数A成正比，每个核子的平均 结合能（比结合能）是个常数，与A无关。即原子 核不能无限制地压缩。反映核力具有饱和性质。 同时反映原子核的质量密度是个常数。
20世纪70年代后，理论和实验的研究结果均表明应 该存在6种夸克，上夸克（u）、下夸克（d）、奇异夸 克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）、顶夸克（t）。
• 6种夸克，被物理学家风趣地称为6种“味道” 夸克味道： 上夸克
2 u ( e) 3
1 d ( 3 e)
奇异夸克
s
1 ( e) 3
底夸克 b
电离能
核能比原子结合能大很多
2、核能来源：从结合能小的原子核到结合能 大的原子核，有能量释放。 核能来源于原子核结合能变化所释放的能量
（1）比结合能：每个核子的结合能
B A
原子核的平均结合能曲线(P.176) （2）核能的来源 1）重核裂变:一个重核（ ＝7.5MeV ）裂变成
两个中等核（ ＝ .5MeV ） 8 235 144 89 n U Ba Kr 3n 173.6MeV
原子的大小和重量
原子的直径10-10m。
把1000万个碳原子一个接一个 排成行，其长度只有1厘米。 50万个原子只能排满头发丝的 距离。
全世界50亿人一起来数一滴水 中包含原子的数目，假定每人 数一个原子的时间一秒钟，50 亿人一起数完一滴水中全部原 子所需的时间为30000年。
原子的重量只有10-23克。一杯水的重量 与其中的一个原子的重量相比，约等于地球 的重量与其上的一小块砖头的重量之比。
原子量始终是氢原子量的整数倍。
1919年，卢瑟福用粒子作为高速“炮弹” 来轰击氮原子核，首先实现了原子核的人工破裂。
D
S
卢瑟福观察原子核破裂的装置
4 2
He N O H
14 7 17 8 1 1
用粒子轰击氮原子核，能释放氢核，用硼、 氟、钠、铝、磷等做实验，也能打出氢核。
卢瑟福得出结论：
4 ) 3
2 1014 g / cm 3
1cm3的体积内约有 2 10 3亿千克 三、核能来源 1、原子核的结合能及其计算 结合能：当所有核子（质子和中子）由于相互吸 引而聚集在一起时，将有能量放出，此放出的能 量称结合能。
所有的从松散（粒子）粒子状态聚集到一起都有 能量放出。集团状态能量最低，最稳定；反之， 将集团打碎，需要能量。
美籍意大利裔物理 学家恩里科· 费米的“链 式反应”理论使原子核 裂变反应成为现实。
1942 年 12 月 2 日，在芝加哥大学 的体育场的看台下， 世界上第一座用碳 作减速剂的核反应 堆竣工落成。人类 进入了原子能时代。
五、核子结构 夸克：层子模型
1960年前后，盖尔曼提出了一个对当时已知 亚原子粒子分类的方法。根据这个方案推测，质 子、中子等一些粒子可能由一种新的粒子组成， 盖尔曼给它取名夸克。1967年，有人在研究质子 和中子的实验中发现质子和中子的内部有3个小小 的结实的核心，又经过大家6年的实验与研究，逐 步明确这3个点状物就是盖尔曼的夸克。
原子由原子核和电子组成。
原子核还能分割吗？――放射现象的发现
1896年，法国物理化学家贝克勒尔在铀矿石 中发现了放射现象，此后，居里夫妇又发现了其 他放射性元素：钍、钋、镭。 放射性元素发出的射线 包含三种射线：
射线――带两个正电荷的氦核 射线――高速运动的电子流 射线――高能光子流
§5-4 原子核的结构 一、质子的发现
聚变获得的能量比裂变获得的能量大很多，故氢 弹的威力比原子弹大很多。 核反应的公式可按如下
2 1
D T He n 17.6 MeV
3 1 4 2
阅读： §9-3 裂变反应堆 P305-P316
§9-4 可控的热核聚变反应
P316-P323
1938 年 ， 德 国 物理学家奥托· 哈恩 发现核裂变 ，开创 了人类利用原子能 的新纪元。
结合能的计算公式（根据
E mC ）：
2
2
B(Z , A) [Zmp Nmn m(Z , A)]C
B ：核子在形成原子核前后静能之差。
忽略电子的质量，即忽略电子的结合能：
B( Z , A) [ ZM H Nmn M ( Z , A)]C
M H ：氢原子的质量
2
M ( Z , A)：原子的质量
核素：具有确定的Z和N的原子核对应的原子
问题：
原子核的尺寸： 1 fm ~ 10 15 m 原子核内是同种电荷
1 f斥 2 r
原子核内新型的力：核力
二、一种新的相互作用力－－核力 1、核子与核子之间的相互作用力 核力是把质子和中子纠合在一起，构成一个 个稳定的原子核(也包括不稳定的原子核)的强 大的束缚力。
2、原子核的质量密度 1 原子核的半径R与原子数A的近似关系 R r0 A 3 质量密度：
r0 1.2 fm
M A 核子质量 A 核子质量 核子质量 4 3 4 3 4 3 V R r0 A r0 3 3 3
1.67 10 27 (1.2 10
15 3
德国著名生物学家巴斯德所说：“在观察的领域 里，机遇只偏爱那些有准备的头脑。”
3、发现中子的意义：不仅揭示了原子核的组成， 而且为原子核物理的研究提供了有力的武器 1932年，前苏联伊凡宁柯与海森伯提出原 子核由质子和中子组成的理论。
4、原子核
原子
原子核 电子
质子 中子
核子
质子 m p 1.0072774u 1.672648 10 Kg 中子 mn 1.0086650u 1.674954 10 Kg
27
27
u 原子质量单位 u 1.6605402 10 27 Kg
A 原子核的符号 Z X N
X：元素的化学符号 Z：质子数（原子序数） N：中子数
A Z N 核子数（质量数）
5、举例(同位素)
氢核： 氘核 氚核
2 1
1 1
H0
2 1
H 1（
3 1
） D1
3 1
H 2（
T） 2
例：氘核是热核反应的主要原料，计算其结合能
B [ M H mn M ( D)]C 2
[1.007825u 1.008665u 2.014102u]C
0.002388uC 2 2.224 MeV
1uC 931.5 MeV
2
2
（一个电子）＋（一个质子）＝氢原子
B 13.6eV
核力出现于质子～质子、中子～中子、质子～ 中子之间，强度相等。
特点（1）核力是强相互作用力，且主要为吸引力
f N f e 大约为两个数量级
（2）核力是一种短程力
r 0.8 fm 表现为引力 r 0.8 fm 表现为斥力
原子核不能无限地压缩
r 10 fm, f N 0
(3)核力是与粒子的带电状态完全无关的强大 的吸引力。
1 ( e) 3
下夸克
粲夸克
2 c ( e) 3
1 顶夸克 t ( e) 3
夸克禁闭——夸克都3个一组“囚禁”在强子中，没 有探测到自由的夸克。
夸克带有分数电荷 u夸克带有2/3的正电子电量，
d夸克带有1/3的电子电量。
质子由2个u夸克 和1 个d夸克组成， 中子由1个u夸克和2 个d夸克组成。
• 但是，有的重子含有的3个夸克中有同味夸 克，这与泡利不相容原理相矛盾，于是，物理 学家又引入一个新的量子数——色
•每一味夸克分为红、绿、蓝三种，每个重子都 是无色的，是3色夸克的组合。（注意，这里的 色是借用宏观概念表示量子数，与真的颜色无 关）。
•6味夸克，每味3色，共18种，加上各自的反 夸克，共36种夸克。
•夸克模型，这个起源于盖尔曼和茨威格 的大胆设想，使人类对物质的结构的认 识，又进入一个新的层次。
•夸克和轻子是人类目前认识到的组 成物质结构的最小基元。人们所发现 的基本粒子、强子是由夸克组成的
六、反物质
P324 1、2
每个原子核都由氢核构成。
氢核定义为“质子”。
二、中子的发现 1、卢瑟福的预言 2、查德威克从实验中找到中子，获1935年诺贝 尔物理学奖 1930年，德国物理学家玻特和贝克发现利 用粒子轰击铍元素时，产生了一种穿透力极强 而且不受电场或磁场影响的射线。
1932年，伊莲娜和约里奥· 居里发现，这些 新射线能将运动速度极快的氢核从石蜡中释放出 来，断言这种射线是射线。