2.3.1人類認識原子結(jié)構(gòu)的歷程

原子核的構(gòu)成素養(yǎng)目標宏觀辨識與微觀探析

理解原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，知道原子由原子核和核外電子構(gòu)成，原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成；掌握原子中質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)、電子數(shù)和質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系，能根據(jù)這些關(guān)系進行相關(guān)計算和分析?？茖W態(tài)度與社會責任

感受科學家們在探索原子結(jié)構(gòu)過程中所展現(xiàn)出的科學精神和嚴謹態(tài)度，培養(yǎng)自身的科學探究精神和創(chuàng)新意識；了解同位素在醫(yī)學、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、考古和環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用，認識化學學科對社會發(fā)展的重要貢獻，增強社會責任感和環(huán)保意識。變化觀念與平衡思想

認識原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷程，體會科學理論是不斷發(fā)展和完善的，形成科學的變化觀念；了解同位素的概念和應(yīng)用，認識到物質(zhì)的變化是有規(guī)律可循的，在一定條件下可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。教學重難點重點：

1.原子的構(gòu)成2.原子中各粒子數(shù)之間的關(guān)系

3.同位素的概念和應(yīng)用難點：

1.理解原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷程，以及不同模型所代表的科學意義和

局限性2.掌握同位素的概念，能區(qū)分同位素和同素異形體等相關(guān)概念，理解

同位素在不同領(lǐng)域的應(yīng)用原理新知導(dǎo)入

原子彈爆炸時那巨大的能量是從哪里來的呢？其實，這和原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。從古代人們對物質(zhì)構(gòu)成的猜想，到近代科學家們不斷探索原子結(jié)構(gòu)，我們對原子的認識越來越深入。今天，就讓我們一起走進原子的世界，探索原子結(jié)構(gòu)的奧秘。1人類認識原子結(jié)構(gòu)的歷程道爾頓19世紀初，英國科學家道爾頓（J.Dalton，1766—1844）總結(jié)了一些元素形成化合物時的質(zhì)量比例關(guān)系，提出了原子學說。他認為物質(zhì)由原子組成，原子不能被創(chuàng)造，也不能被毀滅，它們在化學變化中不可再分割。道爾頓的原子結(jié)構(gòu)模型湯姆生1897年，英國物理學家湯姆生（J.J.Thomson，1856—1940）發(fā)現(xiàn)原子中存在電子，電子的質(zhì)量為氫原子質(zhì)量的1/1836。原子是均勻地嵌在云狀的正電荷球體，以及均勻地鑲嵌在球體中的許多電子組成的，即“葡萄干面包式”原子結(jié)構(gòu)模型。湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型盧瑟福1911年，英國物理學家盧瑟福（E.Rutherford，1871—1937）用依據(jù)α粒子散射現(xiàn)象，推測原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不是均勻的，而是存在一個中心的“核”，稱為原子核。原子核帶正電，電子在其周圍高速運動，就像行星圍繞太陽運轉(zhuǎn)一樣，即“有核模型”或“行星模型”。盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型玻爾1913年，丹麥物理學家玻爾（N.Bohr,1885—1962）在研究氫原子光譜時，發(fā)現(xiàn)氫原子光譜是不連續(xù)的，而且譜線能量的差異存在一定的規(guī)律。引入了量子論觀點，提出：原子核外，電子在一系列穩(wěn)定的軌道上運動，每個軌道都具有一個確定的能量值；核外電子在這些穩(wěn)定的軌道上運動時，既不放出能量，也不吸收能量。玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型電子云模型20世紀初人們才算真正意義上揭開了原子結(jié)構(gòu)的神秘面紗，對微觀世界的認識也越來越清晰，并仍然在逐步深化中。到了20世紀末和21世紀初，原子結(jié)構(gòu)理論進入了新的發(fā)展期。20世紀初，科學家提出，原子核外電子的運動不遵循經(jīng)典力學的原理，必須用量子力學模型描述核外電子的運動?，F(xiàn)代量子力學模型（電子云模型）學科提煉——模型建構(gòu)

模型本質(zhì)上是科學家描述事物的原型，解釋和預(yù)測未知現(xiàn)象的一種思維方式，廣泛應(yīng)用于科學發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的過程中。從原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展歷程可以看出，科學家通過不同的實驗收集各種證據(jù)，從而提出原子結(jié)構(gòu)模型，并不斷修正模型?？茖W家在一定時期建構(gòu)的模型不是絕對的、一成不變的，而是依據(jù)知識的積累、方法和技術(shù)的更新、實驗證據(jù)的不斷完善而動態(tài)發(fā)展的。2原子核的構(gòu)成原子的構(gòu)成

原子（不顯電性）

原子核

（帶正電）

核外電子（帶負電）質(zhì)子中子（每個電子帶1個單位的負電荷）（不帶電）（每個質(zhì)子帶1個單位的正電荷）

核電荷數(shù)

——原子核所帶的正電荷數(shù)質(zhì)量數(shù)

原子的質(zhì)量主要集中在原子核上，質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量都近似為1，如果忽略電子的質(zhì)量，將核內(nèi)所有質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取近似整數(shù)值相加，所得的數(shù)值叫做質(zhì)量數(shù)。數(shù)量關(guān)系：質(zhì)量數(shù)(A)＝

質(zhì)子數(shù)(Z)＋

中子數(shù)(N)粒子符號中各字母的意義質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)所帶正、負電荷數(shù)n±m(xù)±b化合價所帶X原子個數(shù)元素

元素是具有相同質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）的一類原子的總稱。同種元素原子的原子核中質(zhì)子數(shù)是相同的，中子數(shù)不一定相同。核素把具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子叫作核素。(1)“核素”屬于微觀概念，核素界定的是一種原子，它由質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)共同確定，故有多少種核素就有多少種原子。(2)同一元素的不同核素，質(zhì)子數(shù)一定相同，但中子數(shù)不同、質(zhì)量數(shù)不同。(3)除少數(shù)元素只有一種核素外。大多數(shù)元素都包含多種核素。(4)核素的質(zhì)子數(shù)不可能為0，而中子數(shù)可能等于0。同位素

質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子互稱為同位素（即同一元素的不同核素互稱為同位素）。常見元素的同位素氧元素有、、三種核素碳元素有、、等核素鈾元素有、、等核素同位素的特點同位素的特點位置因質(zhì)子數(shù)相同，故元素符號相同，在元素周期表中占據(jù)同一位置（即同位）構(gòu)成質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同性質(zhì)化學性質(zhì)幾乎完全相同，物理性質(zhì)略有差距存在某種核素在這種元素的所有天然核素中所占的百分比是固定不變的同位素的“六同、三不同”1245質(zhì)子數(shù)相同核電荷數(shù)相同同一元素在元素周期表中的位置相同36核外電子數(shù)相同化學性質(zhì)幾乎完全相同六同12中子數(shù)不同質(zhì)量數(shù)不同3物理性質(zhì)略有差異三不同同位素的應(yīng)用放射性同位素釋放的射線育種、給金屬探傷、診斷和治療疾病等。考古時利用

測定一些文物的年代和

用于制造氫彈

同位素的應(yīng)用已遍及醫(yī)學、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、考古和環(huán)境等眾多領(lǐng)域。同位素在醫(yī)學上的應(yīng)用尤為活躍，主要用于診斷、治療、醫(yī)療用品消毒，以及藥物作用機理研究等。需要指出的是，某些同位素的放射性會對環(huán)境以及人體健康產(chǎn)生一定危害，我們應(yīng)科學、合理地使用放射性同位素。拓展視野——夸克

原子由質(zhì)子、中子、電子等基本粒子構(gòu)成。那么，基本粒子可不可以再分呢？1964年，美國科學家蓋爾曼（M.Gellman）提出質(zhì)子、中子由更小的夸克構(gòu)成，建構(gòu)了夸克模型。該模型能解釋許多事實，引起了人們的普遍關(guān)注。1967年，以弗里德曼（J.Friedman）、肯達爾（H.Kendall）、泰勒（R.Taylor）為核心的研究小組，在美國斯坦福大學直線加速器中心進行實驗，證明了夸克的存在。這三位科學家因此獲得了1990年諾貝爾物理學獎。

但迄今為止，人們尚未能分離出單個的夸克。美國科學家戴維·格羅斯（D.J.Gross）、戴維·波利策（H.D.Politzer）和弗蘭克·維爾切克（F.Wilczek）發(fā)現(xiàn)當夸克相距很近時相互作用力很小，但當距離增大時相互作用力急劇增大。這解釋了人們在尋找單個夸克時遭遇的困境。這三位科學家因此獲得了2004年諾貝爾物理學獎。構(gòu)成物質(zhì)的微粒示意圖拓展視野——同位素在考古中的應(yīng)用

考古學家們挖掘出生物化石，如何較準確地測定其年代呢？同位素在考古斷代上功不可沒。生物化石中含有14C。在生物死亡前，由于生命活動伴隨體內(nèi)含碳元素物質(zhì)與自然界中碳元素的交換，生物體中14C所占碳原子的比例和大氣中14C所占碳原子的比例相同。大氣中14C所占碳原子的比例是恒定的。但當生物體死亡后，其體內(nèi)的14C和大氣中的14C停止交換，生物體內(nèi)的14C所占碳原子比例因衰變而減少，每5730年14C就減少一半。因此，測定出土文物或化石中14C所占碳原子比例，與大氣中的恒定值進行比較，就可以測算出其死亡的年代。3隨堂練習1.發(fā)現(xiàn)原子中存在電子的科學家是(

)A.英國科學家道爾頓 B.英國物理學家湯姆生C.英國物理學家盧瑟福 D.丹麥物理學家玻爾B2.下列微粒中，決定元素種類的是(

)A.質(zhì)子數(shù) B.中子數(shù)C.質(zhì)量數(shù) D.核外電子數(shù)A3.提出原子結(jié)構(gòu)模型的科學家，從時間的先后順序來看，下列排列正確的是 (

)A.湯姆生、玻爾、盧瑟福、道爾頓B.湯姆生、玻爾、道爾頓、盧瑟福C.盧瑟福、道爾頓、湯姆生、玻爾D．道爾頓、湯姆生、盧瑟福、玻爾D4.醫(yī)學界通過用放射性14C標記C60，發(fā)現(xiàn)一種C60的羧酸衍生物在特定條件下可通過斷裂DNA殺死細胞,從而抑制艾滋病(AIDS)。下列有關(guān)14C的敘述正確的是(

)。A.14C和12C的化學性質(zhì)相