原子结构
原子的基本结构
原子的基本结构原子是构成物质的最基本单位，是化学反应和物质性质变化的基础。
本文将介绍原子的基本结构，主要涉及原子的组成和组织，以及科学家对原子结构的发现和研究。
一、原子组成原子由三种基本粒子组成：质子、中子和电子。
质子带正电荷，中子没有电荷，电子带负电荷。
在原子内部，质子和中子集中在原子核中，外部电子绕核旋转。
1. 原子核原子核是原子的中心部分，由质子和中子组成。
质子具有正电荷，并决定了原子的原子序数，中子没有电荷。
质子和中子的集合在原子核中形成了稳定的结构。
2. 电子壳层原子核外部的电子围绕核心在特定轨道上运动，形成电子壳层。
电子壳层的数量与原子的能级相关，决定了原子的化学性质。
第一电子壳层最多容纳2个电子，第二电子壳层最多容纳8个电子，第三电子壳层最多容纳18个电子。
二、原子的发现与研究1. 原子学说的提出古代的希腊哲学家认为物质是由最基本的单元构成的，但对于这个最基本的单元，他们没有确切的观点。
直到19世纪初，英国科学家道尔顿提出了原子学说，认为所有物质都是由不可分割的原子组成的。
2. 原子结构的实验证据为了验证原子学说，科学家进行了一系列的实验。
其中，汤姆逊的阴极射线实验和卢瑟福的金箔散射实验对原子结构的认识有着重大贡献。
汤姆逊通过研究阴极射线的偏转现象，发现存在带负电的粒子，即电子。
他提出了“杏仁布丁模型”，认为正电荷和负电荷均匀分布在整个原子中。
卢瑟福的金箔散射实验进一步揭示了原子内部的结构。
他发现，大部分的正电荷集中在一个非常小且带正电的核心中，并且核周围的电子密度很低。
这证明了原子中有一个小而密集的原子核。
3. 波尔的量子理论根据实验证据，丹麦科学家波尔提出了量子理论，进一步解释了原子结构。
他认为电子只能在特定的能级轨道上运动，并在这些轨道上具有固定的能量。
当电子从一高能级跃迁到另一低能级时，会释放出或吸收特定能量的光子。
三、小结原子的基本结构由质子、中子和电子组成。
质子和中子集中在原子核中，而电子围绕核心在不同的壳层上运动。
原子结构发展简史
核外电子分层排布
依据核外电子的能量不同： 离核远近：近 远 1能量2 高低3 ：4低 5 6 7 K高 L M N O P Q
• 墨翟（公元前479～381），战国时期著名的思想家、教 育家、科学家、军事家、社会活动家，墨家学派的创始 人。 著有《墨经》。
• 墨子的“端”即物质的最小单位，有现代原子的意义， 意味着他对物质非连续性的认识。
• 他的这一认识和古希腊哲学家德漠克利特所提出的原子 （不能再分）基本上是同时代的，所以说原子概念的最 早提出不能抹煞墨翟的功劳。
2、人类认识原子的过程
德膜克利特
物质的组成
墨翟（公元前479～381）
墨翟在《墨经》中说到：“非半不斮[zhuó]则不动,说在端。……斮必半, 毋与非半,不可斮也。……端,是无间也。”
意思是说物质到了没有一半的时候，就不能斫开它了。物质如果没有 可分的条件，那就不能再分了。
别忘记中国的伟大
汤姆生原子模型
卢瑟福原子模型
英国科学家卢瑟福
• α粒子散射实验（1909年）——原子
（E.Rutherford,1871~1937) 有核
卢瑟福原子模型
卢瑟福原子模型
玻尔原子模型（1913年）
丹麦物理学家玻尔 （N.Bohr,1885~1962)
• 玻尔借助诞生不久的量子 理论改进了卢瑟福的模型。
汤姆生发现电子
汤姆生原子模型
• • •
英国物理学家汤姆生 （J.J.Thomson ,1856~1940）
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，从而形成了中性原子。原 子是一个球体，正电荷均匀分布在整个 球体内，电子像面包里的葡萄干镶嵌其 中。
原子的结构知识点
原子的结构知识点原子的结构是物质世界的基本组成单位，是构成所有物质的最基本粒子。
本文将从原子的组成和结构、原子的三个基本粒子以及原子的核外电子层结构等三个方面进行探讨。
一、原子的组成和结构原子由原子核和核外电子层组成。
原子核位于原子的中心，电子围绕在原子核的外部。
原子核是原子的重要组成部分，质量约占整个原子质量的99.9%。
而电子的质量很小，约为1/1836个质子的质量。
原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。
原子的质量数等于质子数和中子数之和，原子的电荷数等于质子数减去电子数。
二、原子的三个基本粒子原子由三个基本粒子组成，分别是质子、中子和电子。
质子是带正电的基本粒子，质子数决定了原子的元素种类。
中子是不带电的基本粒子，中子的数量可以影响到原子的同位素。
质子和中子都位于原子核中，它们的质量几乎相同，质子的质量约为1.6726219×10^-27千克，中子的质量约为1.67492716×10^-27千克。
电子是带负电的基本粒子，电子围绕在原子核外部，电子的质量约为9.10938356×10^-31千克。
三、原子的核外电子层结构原子的核外电子层结构是由一系列能量不同的电子壳层组成。
以氢原子为例，氢原子只有一个质子和一个电子，电子围绕在原子核的外部，形成一个电子壳层。
电子壳层分为K壳、L壳、M壳等，每个壳层可以容纳一定数量的电子。
K壳最靠近原子核，能量最低，最多容纳2个电子；L壳次于K壳，能量较高，最多容纳8个电子；M壳以此类推。
原子的电子层结构决定了元素的化学性质，不同元素的电子层结构各不相同。
总结：原子的结构是由原子核和核外电子层组成，原子核由质子和中子组成，而电子围绕在原子核的外部。
原子的三个基本粒子分别是质子、中子和电子，它们的性质和数量决定了元素的特性。
原子的核外电子层结构由一系列能量不同的电子壳层组成，不同元素的电子层结构各不相同。
通过对原子的结构和组成的了解，我们可以更好地理解物质的性质和变化。
原子结构知识：原子结构中电子自旋和核自旋
原子结构知识：原子结构中电子自旋和核自旋1.引言原子结构是指原子内部的组成和排列方式，包括核子和电子的结构。
在原子结构中，电子自旋和核自旋是两个重要的概念，它们对于原子的性质和行为起着重要作用。
2.电子自旋电子是原子中最轻的带电粒子，它的自旋是电子最重要的特性之一。
电子自旋是指电子围绕自身轴心旋转的现象，它的大小和方向可以用自旋量子数来描述。
根据量子力学理论，电子自旋量子数可以取两个值，分别为+1/2和-1/2。
这意味着电子自旋可以分为两种状态，即自旋向上和自旋向下。
3.核自旋与电子自旋类似，核自旋也是原子结构中非常重要的一个概念。
核自旋是指原子核内部核子（质子和中子）围绕自身轴心旋转的现象。
核子的自旋量子数也可以取两个值，分别为+1/2和-1/2。
不同于电子自旋，核自旋的大小和方向会受到核外电子的屏蔽效应的影响。
这意味着核自旋的取值范围和性质会受到核外电子的影响而发生改变。
4.电子自旋和核自旋的相互作用在原子结构中，电子自旋和核自旋之间存在着相互作用。
这种相互作用会对原子的性质和行为产生影响。
在原子内部，电子与核子之间会发生自旋-轨道耦合，这是因为电子不仅有自旋运动，还有轨道运动。
这种耦合会导致电子的自旋和轨道运动不再是完全独立的，而是相互影响的。
另外，电子自旋和核自旋之间还会发生磁相互作用，这种相互作用会导致原子具有磁性。
5.电子自旋和核自旋在原子物理中的应用电子自旋和核自旋在原子物理中具有广泛的应用。
其中，最重要的应用之一是核磁共振(NMR)技术。
核磁共振是利用原子核的自旋性质来获取物质结构和性质的一种分析方法。
通过NMR技术，可以研究原子核自旋和化学环境之间的相互作用，从而获取大量化学信息。
此外，电子自旋和核自旋还在磁共振成像(MRI)领域得到广泛应用，用于医学诊断和研究。
6.结论电子自旋和核自旋是原子结构中重要的概念，它们对于原子的性质和行为具有重要影响。
在原子内部，电子自旋和核自旋之间存在相互作用，这种相互作用会引发许多重要的物理现象。
1-105号原子结构示意图
碳C
+6 )2)4
镨 Pr +59 )2)8)18)21)8)2
氮N
+7 )2)5
钕 Nd +60 )2)8)18)22)8)2
氧O
+8 )2)6
钷 Pm +61 )2)8)18)23)8)2
氟F
+9 )2)7
钐 Sm +62 )2)8)18)24)8)2
氖 Ne +10 )2)8
铕 Eu +63 )2)8)18)25)8)2
钒 V +23 )2)8)11)2
锇 Os +76 )2)8)18)32)14)2
铬 Cr +24 )2)8)13)1
铱 Ir &5 )2)8)13)2
铂 Pt +78 )2)8)18)32)17)1
铁 Fe +26 )2)8)14)2
金 Au +79 )2)8)18)32)18)1
镓 Ga +31 )2)8)18)3
钋 Po +84 )2)8)18)32)18)6
锗 Ge +32 )2)8)18)4
砹 At +85 )2)8)18)32)18)7
砷 As +33 )2)8)18)5
氡 Rn +86 )2)8)18)32)18)8
硒 Se +34 )2)8)18)6
钫 Fr +87 )2)8)18)32)18)8)1
碘I
+53 )2)8)18)18)7 钅杜 Db +105 )2)8)18)32)32)11)2
溴 Br +35 )2)8)18)7
镭 Ra +88 )2)8)18)32)18)8)2
原子结构
4s 4p(px,py,pz) 4d( dxy,dxz,dyz, dz ,dx -y ) 4f…
2 2 2
例：写出下列各组量子数表示的原子轨道的符 号（鲁科） ： (A) n=2,l=1 (B) n=4,l=0 (C) n=5,l=2 例:下列各组量子数中,哪些是合理的?（鲁科） (A) n=2,l=1,m=0 (B) n=2,l=2,m=-1 (C) n=3,l=0,m=0 (D) n=4,l=1,m=1 (E) n=2,l=0,m=-1 (F) n=4,l=3,m=4
n=2, l=1，m=0，±1 即 2p态 n=3, l=0，m=0 n=3, l=1，m=0，±1 即 3s态 即 3p态
n=3, l=2，m=0，±1， ±2 即 3d态
（ 3dxy,3dxz,3dyz,3dz2,3dx2-y2 ）
1s 2s 2p(px,py,pz) 3s 3p(px,py,pz) 3d( dxy,dxz,dyz,dz ,dx -y )
------------波粒二象性
宏观物体与微观粒子运动特征之比较：
• 宏观物体同时具有确定的坐标和动量，可用牛 顿力学描述，而微观粒子没有同时确定的坐标 和动量，需用量子力学描述； • 宏观物体有连续可测的运动轨迹，可追踪各个 物体的运动轨迹加以分辨，微观粒子具有概率 分布的特性，不可能分辨出各个粒子的轨迹；
四、原子结构和元素周期表
1、核外电子排布与周期的关系 2、核外电子排布与族的关系 3、核外电子排布与元素周期表的分区 4、元素原子半径的周期性变化（苏教版必修2） 5、元素第一电离能的周期性变化 6、元素电负性的周期性变化
例： （鲁科p26）原子结构和元素周期表存在着内 在的联系。 （1）请写出基态原子的外层具有下列电子排布的所 有元素的名称与符号： ns2np3(n=2-4) 3d6-84s2 3d104s1 4s1 （2）指出这些元素在周期表中的位置。 （3）外层具有4s1电子排布的主族元素的基态原子， 容易失去一个电子，形成+1价的阳离子，请写出 该阳离子的电子排布式。
原子结构
不带电、中性 决定同位素和质量数
电子 9.1095×10-27kg 1/1836 一个单位负电荷 价电子决定元素化性
质子：Z 个
2）核组成符号 AZX 中子：A-Z 个
3）两个关系式
核外电子：Z个
原子序数=核电荷数=质子数=原子核外电子数 （阴、阳离子=？）
质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）
2.六种量
B.n(A-N+10)/(A+16) D.n(A-N+6)/A
氧化物为RO,质子数=A-N+8;式量=A+16；选A
3、元素、核素、同位素 ㈠元素：
具有相同核电荷数(质子数)的同一类原子叫做元素。 ①决定元素的种类的因素：质子数。
②“同一类”包括质子数相同的各种不同原子，以及各 种状况下的原子或离子(即游离态和化合态) 如：H、D（2 1H）、T（3 1H）、H＋、H－都属于氢元 素。
概念：能量高低不同和离核远近不同的空间区域
符号：
KLMNOPQ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2）电子层 电子层数： 1 2 3 4 5 6 7 能量： 低—————————高
离核距离：近—————————远
记忆
2.二原理
1）最大容纳原理：每个电子层最多容纳2n2个电子。
2）能量最低原理：电子在填入电子层时，先占能量
低的电子
层，后占能量高的电子层。
一个单位正电荷 决定 元素的种类
中子 1.6743 ×10-27kg 1.008
呈电中性
决定同位素和质量数
电子 9.1095×10-31kg 1/1836 一个单位负电荷 价电子决定元素化性
2、两个关系式
原子序数=核电荷数=质子数=原子核外电子数）
原子结构的历史发展
原子结构的历史发展原子结构是现代物理学中的基本概念之一，指的是物质构成的最基本单元。
随着科学的进步，人们对原子结构的认识也在不断深化和演变。
本文将就原子结构的历史发展进行探讨，以了解人类对于原子结构的认识是如何逐步建立的。
1. 早期观念和哲学思考的影响在古代，人们对原子结构的认识主要依靠哲学思考和逻辑推理。
古希腊的哲学家德谟克利特提出了原子学说，认为物质是由不可再分的微小颗粒构成的，这些颗粒具有不同的形态和质量。
虽然他的学说并没有经受住时间的考验，但这是人类第一次对原子这一概念进行了系统的思考。
2. 化学实验的重要突破随着化学实验技术的发展，科学家们开始通过实验来探索原子结构。
英国化学家道尔顿在18世纪末提出了道尔顿原子模型，认为元素由不可再分的小颗粒组成，各种元素的原子在化学反应中会重新组合。
道尔顿的学说在化学界得到了广泛的认可，并且对后续的原子理论发展产生了深远的影响。
3. 雷利散射实验的发现20世纪初，英国物理学家雷利通过散射实验发现了原子的结构不是均匀的，而是由一个小而致密的核心和外围电子云组成。
这一实验为后来的量子力学奠定了基础，揭示了原子中存在不同的子粒子。
4. 量子力学的问世20世纪初，量子力学的诞生彻底改变了人们对于原子结构的认识。
物理学家们发现，原子结构的描述需要借助于量子力学的数学框架，原子中的电子存在于离散的能级中。
薛定谔方程的提出使得人们对于原子结构有了更深入的理解，并且能够解释许多先前无法解释的实验现象。
5. 粒子加速器的发展随着粒子加速器技术的进步，科学家们得以通过高能碰撞实验来研究原子的内部结构。
通过对粒子间相互作用的观察和测量，人们发现原子核内存在着质子和中子。
这一发现进一步完善了对于原子结构的认识，使原子结构模型更趋于完整。
总结：原子结构的历史发展经历了古代哲学思考、化学实验突破、雷利散射实验的发现、量子力学的问世以及粒子加速器的发展等多个阶段。
通过这些阶段的发展，人类对于原子结构的认识得到了不断深化和完善。
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《原子结构》教案
知识目标：
1、理解原子核的结构
2、理解质量数和AZX的含义，
3、掌握质量数、质子数、中子数、电子数间的关系。能实行质量数、质子数、
中子数、电子数间的简单计算
4、理解元素、核素、同位素的含义，会判断同位素
水平情感目标：
1、培养学生对数据的分析处理、概括总结水平
2、尝试使用比较、归纳等方法对信息实行加工
3、通过假说、模型等科学研究方法培养学生科学的学习方法和科学的学习态度
4、通过放射性同位素作用的自学和查阅，激发学生学习的热情
学习重点：
原子核的结构，构成原子的各微粒间的关系及同位素的判断
难点：原子核的结构及构成原子的各微粒间的关系
教法：
模型展示、多媒体动画模拟、问题推动、对比归纳
学法：
交流研讨、比较归纳、练习巩固
[引入]初中我们学习了原子结构的初步知识，原子由原子核和核外电子构成。那
么原子核和核外电子在原子中的相对关系是怎样的呢？下面我们重温一下著名
的卢瑟福实验。
[多媒体动画演示1]卢瑟福的α粒子散射实验及实验现象2·
[学生活动]学生观看实验，总结现象，分析现象并思考问题：
1、绝大部分粒子穿过金箔不偏转，说明了什么？
2、少数粒子被偏转，个别粒子被反射分别说明了什么？
3、试想象推测原子的结构模型
[多媒体演示2]展示卢瑟福的解释：原子：原子核（带正电）；核外电子（带负电）
在此实验的基础上，卢瑟福提出了“核式原子模型”，较好的解释了原子核与核外
电子的关系，那么，原子核内部的结构又是怎样的？
【多媒体演示3】学习目标1·
一、原子核 核素
1、原子核的构成
[交流研讨]9·阅读P3表格，分析电子、质子、中子的基本数据表,思考讨论以下
问题
微粒 电子 质子 中子
质量
（Kg）
9.109×10-31 1.673×10-27 1.675×10
-27
相对质
量
0.000548 1.007 1.008
电量(C) 1.602×
10-19 1.602×10
-19
0
电荷
-1 +1 0
1、电子、质子各带何种电荷？中子带不带电？为什么原子呈电中性？
2、在原子中质子数、核电荷数和电子数之间存有怎样的关系？为什么？
3、原子的质量主要由哪些微粒决定的？
4、若忽略电子的质量，质子、中子的相对质量取近似值，试推测原子的相对质
量的数值与核内质子数和中子数的关系。
[学生总结]回答问题1、2
[多媒体演示4]
结论（1）核电荷数、质子数、核外电子数之间的关系：
核电荷数=质子数=核外电子数
[思考]以上关系式是否适合所有的微粒?(以Na
+、Cl-
为例实行分析)
核电荷数 质子数 核外电子数
Na
+
Cl
-
注意：以上关系式只适用于原子，不适用于阴阳离子。
[学生总结]回答问题3、4
结论（2）：原子中各微粒之间的关系：质子数（Z）+中子数（N）=质量数（A）
[学生阅读P3-P4第一段]掌握质量数和AZX的意义：表示一个质量数为A、质子
数为Z的原子。
跟踪练习：2·
1、判断正误：
（1）原子核都是由质子和中子组成。
（2）氧元素的质量数是16
2、符号为baX
n-
的微粒，核电荷数是 ，中子数是 ，电子总数是
。
符号为baYm+的微粒，核电荷数是 ，中子数是 ，电子总数是
。
结论
：阴离子中：核电荷数 = 质子数是 = 电子数 电荷数
阳离子中：核电荷数 = 质子数是 = 电子数 电荷数
说明：
X为元素符号，AZX 为原子符号，baXn-和baYm+为离子符号。
[多媒体演示5]跟踪练习答案
[迁移应用P4]思考回答2·
1、在科学研究中，人们常用“3517Cl”来表示某种氯原子，说明其中符号和数字的
意义。
2、碳-14具有衰变性，可用于考古工作中推测遗物的年代，碳-12为计算原子相
对质量的标准，试用
A
Z
X表示这两种碳原子，分析二者在原子结构上有什么异
同？
结论：碳-12和碳-14都能够用元素符号C来表示，它们都是碳元素，二者质子
数相同而中子数不同。质子数相同而中子数不同的同一类原子总称为元素。同一
元素的不同原子之间互称为同位素。
2、核素
[交流.研讨]5·学生阅读课本P4-P5第一段，比较氢元素的三种原子的结构图，填
写下表，回答问题
原子
氕(H) 氘(D) 氚(T)
质子数
中子数
质量数
1、氕、氘、氚的原子结构有什么异同？
2、它们是不是同一种元素？是不是同一种原子？三者之间什么关系？
3、当前已发现了112种元素，是否就发现了112种原子？为什么？
4、哪些微粒决定了元素的种类？哪些微粒决定了核素的种类？
[多媒体演示6]
小结：
元 素：具有相同质子数（核电荷数）的同一类原子的总称。
核 素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。
同位素：质子数相同而中子数不同的同一种元素的不同核素互为同位素。
质子数决定元素的种类，质子数和中子数决定核素的种类。
说明：①三者的研究对象都是原子②同一元素的不同核素之间互称为同位素③同
种元
素能够有多种核素（同位素）所以元素的种数远少于原子的种数。
回顾练习：比较同位素与同素异形体：1·
同位素 同素异形体
研究对象
概 念
当堂检测：
（4分完成前三题，标＊号的为选做题）
1、32He能够作为核聚变的材料。下列关于32He的叙述准确的是（ ）
A、32He核31H互为同位素
B、32He原子核内中子数为2
C、32He原子核外电子数为2
D、32He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子
2、已知核电荷数为118的一种原子的质量数为293，则该原子中中子数与电子数
之差为（ ）
A、0 B、57 C、118 D、175
3、下列八种化学符号：11H2、21H2、146C、63Li、2311Na、147N、73Li、 2412Mg
⑴表示核素的符号共 种
⑵互为同位素的是 和
⑶质量数相等，但不能互称同位素的是 和
⑷中子数相等，但质子数不相等的是 和 。
＊4、某元素的一种原子R质量数为A，该原子形成的微粒Rn-共有x个电子，
该元素的原子R中的中子数为( )
A、A-x-n B、A+x+n C、A-x+n D、A+x-n
＊5、元素A、B，A的核电荷数为n，A2+比B2-少8个电子，则B原子的核电荷
数为？