师:同学们好,今天我们一起来学习原子核素的内容。我们知道,原子是化学变化中的最小微粒,物质的组成、性质和变化都与原子结构密切相关。那么原子的内部结构究竟是怎样的呢?科学家们又是如何探索原子内部结构的呢?早在1911年,卢瑟福就进行了α粒子散射实验,为后来的原子结构模型奠定了理论基础。这个实验中发生了什么呢?我们一起来看看。
1909年,在欧内斯特·卢瑟福的指导下,汉斯·盖革和欧内斯特·马斯登用α粒子射束轰击只有几个原子厚的金箔。结果发现,绝大多数α粒子穿过金箔后基本仍沿原来的方向前进,但有少数α粒子发生了大幅度偏转,角度甚至大于90度,几乎被撞了回来。
通过这个实验,我们看到大多数α粒子穿过金箔后沿原方向前进,只有少数发生较大偏转甚至被反弹回来。这是为什么呢?同学们结合已有知识思考一下这个问题。
好了,同学们,大家思考得怎么样了?带着思考结果,我们来看看这个实验告诉了我们什么。首先,大部分α粒子沿直线穿过金箔,说明这部分粒子没有受到阻碍或者阻碍很小,这表明在原子核外有较大空间,有质量很轻的电子在运动。
其次,很少一部分α粒子被反弹回来,这意味着α粒子在正中间受到的阻碍所占空间很小,只有极少部分遇到质量较大且带正电荷的质点,因排斥而被折回。后来我们称这个质点中心为原子核。据此,卢瑟福提出了核式结构模型,他认为在原子的正中心有一个带正电荷、质量很大但体积很小的核,在核外有很大空间供电子高速运转。
今天这节课,我们主要研究原子核的内部结构。同学们阅读课本上的数据,回答以下问题。
好了,相信同学们心中都有答案了。我们详细总结一下这三个问题。首先,在原子内有原子核和核外电子,质子和中子构成了原子核。通过图表我们发现,每个质子带一个单位正电荷,相对原子质量约为1,质子数决定了元素的种类。比如质子数为1的是氢元素,质子数为8的是氧元素,质子数为11的是钠元素。原子核中的中子不带电,相对质量也约为1。在原子核外高速运转的核外电子带一个单位负电荷,相对于核内的质子和中子,其相对质量几乎可以忽略不计。
由此我们得出第一个结论:核电荷数与质子数相等。核电荷数就是原子核所带的电荷,由于原子核中的中子不带电,所以原子核所带电荷等于质子数,也等于核外电子数,同时等于原子序数。
我们再看第二个问题,原子的质量由什么微粒决定?由于核外电子质量与质子和中子相比非常小,所以原子质量主要由质子和中子决定。仔细观察这两个结论,对于原子而言,质子数等于核外电子数,但这个结论并不适用于所有微粒。阴阳离子就不一样,阳离子是原子失去电子形成的,核外电子变少;阴离子是原子得到电子形成的,核外电子变多。
我们得出原子的质量由质子和中子决定,为了更简洁地描述,我们引入一个新物理量——质量数。质量数是原子核中质子数和中子数之和。同学们思考一下,质量数与我们以前学过的相对原子质量一样吗?答案是否定的,它们的计算方法不同,相对原子质量是该原子质量与碳 - 12原子质量的1/12的比值。质量数与相对原子质量虽不能等同,但原子的质量数与原子相对原子质量的近似整数值相等。
为了更好地描述原子核的构成,我们引入一个新符号,它表示质量数为a、质子数为z的X原子。如果用大N代表中子数,那么N = a(质量数) - z(质子数)。老师再问大家,该原子的核外电子数是多少?没错,在这个原子中,核外电子数与核内质子数相等。同学们要注意,质量数是原子的质量数,不是元素的质量数。比如碳 - 14、碳 - 13、碳 - 12这三种原子,它们都属于碳元素,但质量数不同。所以在这个符号中,大a代表的质量数仅指该原子,不能体现某种元素。
老师再给大家介绍另一种表示方法,依然是z、大a,X用r来替代,还有小n和小m。大a依然是r原子的质量数,z是该原子的核内质子数。n指整个微粒带n个单位负电荷,m指这个微粒中一共有m个r原子。同学们听明白了吗?对于符号的认识,除了课本上的AZX,老师补充的这种带m和n的表示方法,也是大家需要重点掌握的,清楚了吗?
