《原子的基本情况》PPT课件

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1、第一章　原子的基本情况§1.1原子的质量和大小§1.2原子的核式结构§1.3同位素§1.1原子的质量和大小1811年阿伏伽德罗（A.Avogadro1776～1856）提出Ｎ0，即：一摩尔任何原子的数目都为Ｎ0——阿伏伽德罗常数。1833年法拉第（M.Faraday1791～1867）提出电解定律：一摩尔任何原子的单价离子永远带相同的电量F——法拉第常数。1874年斯通尼（G.J.Stoney）根据上述两个定律作出了如下推论和联想：原子所带的电荷为一基本电荷的整数倍,并用Ｎ0推算出这一基本电荷的近似值。在1881年他提出用“电子”这一名字来命名这些电荷的最小单位。真正从实验上确认电子的

2、存在，是1897年由汤姆孙（J.J.Thomson1856～1940）根据阴极射线管实验作出的。阴极射线管内可加电场，周围可加磁场，根据经典电动力学可以算出阴极射线——电子的速度，进而给出电子的荷质比e/m。阴极射线管汤姆孙被誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门的伟人”的主要原因，不仅仅在于侧出了电子的荷质比e/m的数值，而在于他敢于大胆地承认了电子的存在，作出了“有比原子小得多的微粒存在”的正确结论。在汤姆逊之前，赫兹做的类似实验未发现射线偏转（因高真空不易实现），误认为阴极射线不带电。休斯脱做过氢放电管中阴极射线偏转的研究，得出阴极射线粒子的荷质比为氢离子的千倍以上，但自己认为

3、此结果是荒谬的，他认为射线粒子应比氢原子大。1897年考夫曼也做过与汤姆逊类似的实验且结果更精确，但他不承认阴极射线是粒子的假设，直到1901年才将实验结果公布。与真理“擦肩而过”的人们1910年密立根（R.A.Millikan1868～1953）改进和发展了汤姆孙方法，精确测定了电子电荷，这就是著名的“油滴实验”。电子电荷的现代值为e＝1.60217733（49）×10-19C（库仑）me＝9.1093897（54）×10-28g（克）mp/me＝1836.152701（37）J.J.Thomson(1856-1940)inrecognitionofthegreatmeritsofh

4、istheoreticalandexperimentalinvestigationsontheconductionofelectricitybygasesTheNobelPrizeinPhysics1906TheNobelPrizeinPhysics1923forhisworkontheelementarychargeofelectricityandonthephotoelectriceffectR.Millikan(1868-1953)在化学和物理学中普遍采用原子质量的相对值。国际上把碳在自然界中丰度最大的一种同位素（12Ｃ）的质量定为12.00000个“单位——u”作为原子质量的标

5、准，其他原子的质量同其比较，定出质量值，称为原子量。u称为原子质量的碳单位（1960年以前国际上采用的是原子质量的氧单位——amu）。部分原子的原子量氢1.00794u钠22.9898u碳12.01115u钾39.102u氧15.9994u铁55.847u铜63.546u银107.868u知道了原子量，可以求出原子质量的绝对值。如果以Ａ代表原子量，Ｎ0代表阿伏伽德罗常数，MA代表一个原子的质量绝对值，那么MA＝A／Ｎ0根据法拉第定律和法拉第常数F可以得到F＝eＮ0Ｎ0的现代值为Ｎ0＝6.0221367（36）×1023Ｎmol-1（摩尔-1）由氢原子量可以算出氢原子的质量MH＝1.67

6、367×10-24g（克）阿伏伽德罗常数Ｎ0是联系宏观与微观的一个物理量。当进行任何研究微观世界物理量的实验时，由于我们的实验是在宏观世界里进行的，因此，不论有意还是无意，都必须与阿氏常数打交道；从宏观量的测定，导出微观量时，必须有个桥梁，NA正是起了这样的作用。阿氏常数之巨大，正说明了微观世界之细小。按照原子质量的碳单位的定义可以给出ｕ和g的换算关系1u=(1/N0)g或1g=N0u除原子的质量外，人们还要问原子究竟有多大？我们可从下述几个方法简单估计：⑴对任意原子AX，A克X原子具有Ｎ0个原子，假如这种原子的质量密度是ρ，那么A克X原子的总体积为V，即由此可得到原子的半径公式部分原

7、子的半径元素原子量A质量密度ρ（g/cm3）原子半径r（Å）锂70.701.6铝272.701.6铜638.901.4硫322.071.8铅20711.341.9其中１Å（埃）＝10-10m，是原子范畴中常用的长度单位。从上表可以看出，不同原子的半径几乎都差不多。这是经典物理所无法回答的。为什么这样说？作为一个“伏笔”，过几章后再说清楚。⑵从气体分子运动论也可以估计原子的大小。气体分子的平均自由程为简单分子的半径的数量级与组成该分子的原子的半径