原子和原子核专题复习课件

原子和原子核专题复习原子和原子核是物理学和化学研究的重要基础本专题将回顾原子结构、原子核组成、核反应等知识点原子结构概述原子核电子云原子核位于原子中心，包含质子和中子，构成原子的质量大部电子在原子核外一定区域内运动，形成电子云，电子云表示电分质子带正电，中子不带电子出现概率的分布，并不代表电子实际运动轨迹原子核及其组成质子和中子强相互作用夸克原子核由带正电荷的质子和不带电荷的质子和中子之间通过强相互作用力结合质子和中子是由更小的粒子，称为夸克中子组成在一起，形成原子核组成的核力和核能量强相互作用力核子之间的强相互作用力是自然界中最强大的力，它将质子和中子结合在一起，形成原子核这种力的范围很小，只作用于原子核内部弱相互作用力弱相互作用力负责控制某些核反应，例如衰变它的作用范围比强相互作用力更短，并且比强相互作用力弱得β多核能量核能量是由原子核内的核子结合在一起时释放的能量这种能量可以利用核裂变或核聚变反应释放出来，产生大量的能量原子核的稳定性质子数和中子数核结合能12原子核的稳定性取决于质子核结合能越大，原子核越稳数和中子数的比例原子核定核结合能是指原子核中中质子和中子的比例是影响核子之间的相互作用力核原子核稳定性的重要因素结合能越大，原子核越稳定幻数核力34原子核中某些特定的质子数核力是原子核内部质子和中和中子数被称为幻数具子之间的强相互作用力核“”有幻数的原子核通常比其他力对原子核的稳定性起着至原子核更稳定关重要的作用原子质量和原子量原子质量是指原子中所有粒子的质量总和原子量是指原子质量与碳原子质量的之比，也称相对原子质量-121/12同位素和同素异形体同位素同素异形体原子核中中子数不同的原子称元素的单质以不同的结构存为同位素，具有相同质子数，在，称为同素异形体，同素异化学性质相同，但物理性质不形体具有不同的物理性质，例同例如，碳和碳是同如，金刚石和石墨都是碳的同-12-14位素，两者都是碳，但碳具素异形体，但它们的硬度和熔-14有放射性点等物理性质差异很大应用同位素和同素异形体在科学研究、医学、工业和农业中都有着广泛的应用例如，碳用于考古测年，放射性同位素用于医疗诊断和治-14疗，而石墨用于制造铅笔芯原子核的能级结构能级跃迁1原子核可以从一个能级跃迁到另一个能级，这个过程伴随着能量的吸收或释放激发态2当原子核吸收能量后，它将跃迁到一个更高能级的激发态基态3当原子核处于最低能量状态时，它被称为基态核反应与质量能量转换-核反应是原子核发生变化的过程，伴随着能量的释放或吸收质量亏损1核反应过程中，反应物的总质量大于生成物的总质量能量释放2质量亏损转化为能量，根据爱因斯坦质能方程E=mc²核能3核反应释放的能量，可用于核电站发电、核武器等核反应的类型包括核裂变和核聚变，都是利用原子核的质量亏损释放能量放射性衰变定律衰变规律半衰期放射性衰变是指原子核自发地半衰期是指放射性物质的原子放出粒子或射线，转变为另一核数目减少到原来的一半所需种原子核的过程它遵循特定要的时间的规律，例如半衰期衰变速率衰变速率由放射性物质的半衰期决定，半衰期越短，衰变速率越快衰变、衰变和衰变αβγ衰变衰变衰变αβγ衰变过程中，原子核会释放出一个粒子，即氦衰变过程中，原子核会释放出一个粒子，即电衰变过程中，原子核会释放出一个光子，即高ααββγγ核，同时原子序数减少，质量数减少粒子子或正电子，同时原子序数增加或减少，质量能电磁辐射，同时原子序数和质量数不变粒24α1γ穿透能力较弱，在空气中的射程很短数不变粒子穿透能力比粒子强，在空气中的子穿透能力最强，在空气中的射程最长衰变βαγ射程更长通常伴随或衰变发生αβ放射性同位素的应用医疗诊断和治疗考古学和地质学工业应用农业应用放射性同位素可用于诊断疾放射性碳测年法可用于确定放射性同位素用于工业中的放射性同位素用于研究植物病，如癌症，并用于治疗癌古代文物和化石的年龄，帮质量控制、管道检查、食品生长和肥料吸收，提高农业症和其他疾病助我们了解历史和地球科安全等领域生产效率学核武器和和平利用核能核武器和平利用核能12核武器利用核裂变或核聚变核能是清洁能源，可以用于释放巨大的能量，具有巨大发电，为人类提供电力，改的破坏力，对环境和人类造善生活水平成不可逆的伤害核能应用安全与责任34核能也应用于医疗领域，如开发和使用核能需要高度重癌症治疗，以及工业生产，视安全问题，并负责任地处如核反应堆理核废料，防止环境污染原子散射实验与原子模型原子散射实验是研究原子结构的重要方法通过观察粒子散射现象，科学家可以推断原子的内部结构例如，卢瑟福的粒子散射实验揭示了原子内部存α在带正电的原子核，以及核外电子分布的现象这一发现对原子模型的发展具有里程碑式的意义原子模型经过不断的修正和完善，形成了现代的量子力学原子模型这个模型描述了原子核和电子之间的相互作用，以及电子在原子核周围的运动规律通过量子力学原子模型，我们可以解释元素的性质、化学反应的机理，以及光谱现象等泡利不相容原理禁止自旋原子结构同一原子中，不能有两个电子具有完全泡利不相容原理决定了原子的电子排它解释了电子在原子核周围的分布方相同的四个量子数布，影响化学性质和元素周期律式，以及原子之间形成化学键的机制量子力学在原子结构中的应用波函数描述原子中电子的状态，包含电子的能量、动量和自旋等信息量子算符用数学方法描述物理量的算符，例如能量算符和动量算符原子轨道描述原子中电子在空间的概率分布，可以解释化学键的形成和分子的形状电子云模型和轨道理论电子云模型轨道理论电子云模型是描述原子中电子运动的一种概率模型它描述了轨道理论将原子中的电子描述为以一定的能量和角动量围绕原电子在原子核周围运动的概率分布，而不是确定电子的确切位子核运动的波函数置每个轨道对应于一个特定的能量状态和电子分布，并描述了电电子云的形状和大小取决于电子的能级和角动量子在空间中的运动电子的波粒二象性电子具有波动性和粒子性双重性质德布罗意提出物质波假说，认为任何物质都具有波动性电子衍射实验证实了电子的波动性，电子束穿过晶体时会发生衍射现象，产生干涉条纹量子力学解释了电子的波粒二象性，电子在原子中表现出波的性质，可以用波函数来描述量子数和电子排布主量子数角量子数n l描述电子能量，越大，能量越描述电子轨道形状，n高，为正整数，分别对应n l=0,1,

2...n-1s,p,d,f轨道磁量子数自旋量子数ml ms描述电子轨道在空间中的取描述电子的自旋方向，向，，或，对应自旋向ml=-l,-l-1,...,0,...,l-1,l ms=+1/2-1/2共个取值上或向下2l+1电子亲和势和电负性电子亲和势电负性电负性差异电子亲和势是指一个中性原子在气相中电负性是指原子吸引共用电子对的能电负性差异影响着化学键的类型和化合获得一个电子形成负离子时所释放的能力，它反映了元素在化合物中获得电子物性质，例如离子键、共价键和极性共量的倾向价键离子键、共价键和金属键离子键共价键12离子键由金属元素与非金属共价键由非金属元素之间形元素之间形成，通过电子转成，通过共用电子对来实移来实现，形成阴阳离子，现，形成稳定的共价分子相互吸引结合金属键3金属键由金属元素形成，金属原子之间以自由电子云的形式相互结合，具有良好的导电导热性能配位化合物和配位键中心原子配位体

1.

2.12金属离子，通常为过渡金含有孤对电子的分子或离属，具有空轨道，可以接受子，可以提供电子对形成配电子对位键配位键配位数

3.

4.34中心原子与配位体之间形成中心原子周围直接结合的配的配位键，是一种特殊的共位体数目价键分子轨道理论成键与反键轨道能级和电子排布化学键的形成原子轨道线性组合形成分子轨道，分为分子轨道理论解释了分子中电子排布，分子轨道理论解释了化学键的形成过成键轨道和反键轨道确定化学键类型和性质程，并解释了化学键的性质杂化轨道理论轨道混合中心原子轨道与轨道混合形成新的杂化轨道s p键的形成杂化轨道与其他原子轨道重叠形成化学键结构预测解释分子的几何形状和性质化学反应的能量转化吸热反应吸热反应需要从环境吸收能量才能进行，反应物的总能量低于生成物的总能量放热反应放热反应会释放能量到环境中，反应物的总能量高于生成物的总能量活化能活化能是指反应物分子从初始状态转变为过渡态所需的最小能量，它决定了反应速率的快慢能量变化化学反应中能量变化主要体现在化学键的断裂和形成，反应物和生成物能量的差值即为反应焓变化学反应速率与活化能活化能1化学反应进行所需的最低能量过渡态2反应物转化为产物的中间状态反应物3参与反应的物质产物4反应后生成的物质活化能是化学反应发生所必须克服的能量障碍只有当反应物拥有足够的能量才能到达过渡态，进而生成产物温度升高或催化剂的存在会降低活化能，加速反应速率化学平衡和平衡常数可逆反应平衡常数化学平衡是指可逆反应中，正平衡常数是衡量可逆反应达K逆反应速率相等，反应物和生到平衡时，生成物浓度与反应成物浓度不再发生变化的状物浓度之比，反映了反应进行态的程度影响因素应用温度、浓度和压强等因素都会化学平衡和平衡常数在工业生影响化学平衡的移动，平衡常产、环境保护等领域有广泛的数的值也会发生改变应用酸碱平衡和PH酸碱平衡值PH酸碱平衡是指溶液中氢离子浓度和氢氧根离子浓度达到平衡状值是衡量溶液酸碱性的指标，其定义为溶液中氢离子浓度PH态的负对数平衡常数称为水的离子积常数，其数值为值范围在到之间，值小于的溶液为酸性，值大Kw

1.0×10-14PH014PH7PH于的溶液为碱性，值等于的溶液为中性7PH7氧化还原反应与电化学电子转移电化学电池氧化还原反应涉及电子在反应物之间的转通过利用氧化还原反应，电化学电池将化学移，其中氧化反应失去电子，还原反应获得能转化为电能，例如常见的电池和燃料电电子池电解腐蚀电解过程利用电能驱动非自发氧化还原反金属腐蚀是一种常见的电化学现象，金属在应，例如电解水产生氢气和氧气氧化还原反应中失去电子而被氧化，最终导致金属材料的损坏结构与性质的关系物质结构决定性质性质变化影响结构物质的结构决定了其性质例如，金刚物质的性质变化也会影响其结构例石和石墨都是由碳原子构成，但由于其如，当金属加热时，其晶体结构会发生原子排列方式不同，导致它们具有不同变化，导致其熔点降低这说明温度变的物理性质化会影响金属的物理性质金刚石的晶体结构是三维的，每个碳原当物质发生化学反应时，其分子结构也子都与四个相邻的碳原子以共价键相会发生变化，从而导致其化学性质发生连，形成坚硬的结构而石墨的晶体结改变例如，氢气和氧气反应生成水，构是层状的，每个碳原子只与三个相邻这是一个典型的化学反应，反应前后物的碳原子相连，形成片状结构，因此石质的分子结构发生了改变，导致其性质墨很软，可以作为润滑剂发生了变化复习总结知识回顾理论联系实际从原子结构到化学反应，涵盖将理论知识与实际应用结合，了原子核、原子轨道、化学理解核能、放射性同位素等的键、反应速率和平衡等重要概重要意义和应用念持续学习化学是一个不断发展进步的学科，需要不断学习和探索，拓展更深层次的知识。