《原子结构与性质》课件

原子结构与性质原子是物质的最小单位，决定着物质的性质了解原子结构是理解化学反应和物质性质的关键导言原子是构成物质的基本单元原子非常小，肉眼无法看见它们由原子核和围绕原子核运动的电子构成原子核包含质子和中子原子是化学反应中的最小单位，决定物质的特性认识原子原子模型原子核电子原子是构成物质的基本单位，是化学原子核位于原子的中心，包含质子和电子绕着原子核运动，带负电荷，质反应中最小的粒子它由带正电的原中子，占原子质量的绝大部分，带正量很小，分布在原子核外围的电子云子核和带负电的电子构成电荷中原子的构成原子核1原子核位于原子的中心，包含质子和中子质子2带正电荷的亚原子粒子，决定了元素的种类中子3不带电荷的亚原子粒子，影响原子核的稳定性电子4带负电荷的亚原子粒子，在原子核周围运动质子和中子原子核带电粒子质子和中子位于原子的中心质子带正电荷，中子不带电，构成原子核原子核是原荷质子和中子的质量几乎子的核心部分，包含着原子相同，但它们在原子中的作的大部分质量用不同决定原子性质质子的数量决定了原子的元素种类，也称为原子序数质子和中子的总和称为原子质量数电子带负电荷电子的质量远小于质子和中子，约为质子质量的1/1836环绕原子核运动电子在原子核外特定的轨道上运动，形成电子云能量等级电子占据不同的能级，决定了原子的化学性质电子层和电子壳电子层原子中，电子按照能量等级分层排布，称为电子层每个电子层对应一个主量子数，例如，第一电子层对应，第二电子层对n=1应n=2电子壳每个电子层容纳的电子数有上限，称为电子壳电子壳的形状和大小由电子层所对应的能量决定元素周期表元素周期表是按原子序数、电子构型和化学性质排列的化学元素的图表它有助于理解元素的性质和它们之间的关系，对于化学研究和教学具有重要意义金属和非金属金属非金属12金属元素通常是银白色的，并且具非金属元素通常是哑光的，没有光有光泽，导电和导热性强泽，也不导电和导热它们通常是气体或固体金属和非金属的性质金属和非金属的用途34金属和非金属元素在原子结构和化金属和非金属元素广泛应用于各种学性质方面存在着显著差异工业和日常生活领域，发挥着重要的作用离子键电荷吸引离子化合物12金属原子失去电子，形成由离子键连接形成的化合带正电的阳离子非金属物称为离子化合物，通常原子获得电子，形成带负为固态，具有较高的熔点电的阴离子阴阳离子之和沸点间通过静电吸引形成离子键电解质稳定性34离子化合物溶于水后会解离子键使原子获得稳定的离成自由移动的离子，使电子构型，从而降低其能其能够导电，成为电解质量，使化合物更加稳定共价键共享电子对非金属原子共价键是由两个原子共享一对或多对电子形成的化学键共价键主要发生在非金属原子之间，因为非金属原子倾向于获得电子例如，在水分子中，氧原子与每个氢原子共享一对电子，共价键比离子键弱，但仍能有效地将原子结合在一起形成两个共价键极性化合物极性键偶极矩两个原子之间电负性差异导由于电荷分布不均匀，极性致电子云偏向电负性较强的分子具有偶极矩，表现出正原子，形成极性键负极性溶解性氢键极性化合物通常易溶于极性极性化合物之间可以形成氢溶剂，如水，而难溶于非极键，这是一种较强的分子间性溶剂，如油作用力氢键分子间吸引力生物学重要性氢键是一种较弱的化学键，形成于极性分子之间，通常出氢键在生物系统中起着至关重要的作用，例如维持蛋白质现在含氢的化合物中的结构和稳定双螺旋结构DNA分子结构原子排列1分子中原子以特定方式排列空间形状2决定分子性质键角3原子间键的夹角极性4影响分子间作用力分子结构是决定物质性质的关键因素之一不同的分子结构会导致不同的物理性质和化学性质，例如熔点、沸点、溶解性等分子结构的复杂性也为化学家们提供了许多研究课题，以更深入地了解物质世界的奥秘分子量和相对原子质量分子量是指一个分子的质量，以原子质量单位（）表示amu相对原子质量是元素的平均原子质量，与碳原子质量的相比较-121/12112碳amu-12原子质量单位相对原子质量的基准同素异形体金刚石碳原子以共价键形成牢固的晶格结构石墨碳原子以共价键形成平面层状结构，层与层之间以范德华力结合富勒烯碳原子以共价键形成球形或管状结构原子能级原子中的电子并非随机分布每个电子占据特定的能级，类似于阶梯上的台阶最高能级1电子最容易脱离原子次高能级2电子处于较高能级，更容易被激发基态3电子处于最低能级，相对稳定电子在不同能级之间跃迁，会吸收或释放能量，产生光谱光的吸收和发射电子跃迁1原子吸收光子后，电子从低能级跃迁到高能级能级跃迁2电子从高能级跃迁回低能级，释放能量，以光子的形式发出光光谱3原子发射的光谱对应于电子能级跃迁之间的能量差，形成原子光谱原子光谱原子光谱是原子吸收或发射特定频率的光时产生的光谱图原子光谱包含许多不同颜色的光线，每种颜色对应一个特定的能量水平通过分析原子光谱，可以确定元素的种类和含量科学家利用原子光谱技术分析恒星和行星的光，了解宇宙的成分原子带电粒子原子核模型离子核反应带电粒子的性质原子核包含质子和中子，共当原子获得或失去电子时，原子核反应涉及原子核的转带电粒子在电场和磁场中会同构成原子的中心，带正电它会变成带电粒子，称为离化，例如核裂变和核聚变受到力的作用，并表现出特荷电子绕核运动，带负电子阳离子带正电荷，阴离这些反应释放出巨大的能量殊的运动行为荷原子核模型解释了原子子带负电荷，并具有广泛的应用的结构和性质放射性不稳定原子核三种主要类型12放射性是指原子核不稳定放射性衰变主要包括衰α，会自发地释放能量和粒变、衰变和衰变，每种βγ子，发生衰变，最终形成衰变类型会释放不同的能稳定的原子核量和粒子应用安全风险34放射性在医疗、工业和科过量的放射性物质会对人研等领域有广泛应用，例体造成危害，因此需要严如放射性治疗、核能发电格控制放射性物质的使用、考古年代测定等和处理半衰期定义放射性原子核衰变一半所需的时间特点与原子核结构有关，不受外界条件影响应用放射性同位素的年代测定和医学诊断核反应裂变1重原子核分裂为较轻的原子核聚变2较轻的原子核结合成较重的原子核能量释放3原子核反应中释放巨大的能量核反应是指原子核发生变化的过程主要包括核裂变和核聚变两种类型在核裂变中，重原子核分裂为较轻的原子核并释放大量能量在核聚变中，较轻的原子核结合成较重的原子核并释放大量能量核反应释放的能量远大于化学反应释放的能量铀的裂变核裂变链式反应当一个铀原子核吸收一个中子时，它核裂变释放的中子可以引发其他铀原变得不稳定并分裂成两个较轻的原子子核的裂变，从而形成链式反应核，同时释放出巨大的能量这个过程称为核裂变，它被用于核武这种连锁反应能够释放出巨大的能量器和核电站，可以用于产生电力或制造核武器氢的聚变轻核聚变两个或多个轻原子核结合成一个较重的原子核，同时释放出巨大的能量太阳能太阳内部持续进行着氢核聚变反应，为地球提供光和热可控核聚变科学家们正在努力实现可控的氢核聚变反应，为人类提供清洁、安全的能源核电站核能发电利用铀元素裂变释放的能量，产生热能并转化为电能反应堆反应堆是核电站的核心，控制铀元素的裂变反应，释放能量冷却系统冷却系统负责降低反应堆产生的热量，保证安全运行发电机组将热能转化为电能，为社会提供清洁能源核能的应用电力生产医学领域核能可用于发电，为城市和核能应用于诊断和治疗癌症工业提供清洁能源，例如放射治疗太空探索农业领域核能为航天器提供动力，支核能可用于提高作物产量，持深空探测和科学研究改善农业生产效率原子能的利弊原子能的优点原子能的缺点核能是清洁能源，不排放温室气体核能的开发和利用存在安全风险，核泄漏会造成严重的污染核能是一种高效的能源，少量核燃料核武器的制造和使用会造成巨大的灾就能产生巨大的能量难，威胁人类安全核废料的处理和处置也是一项重大难题未来展望原子科学与技术不断发展未来，我们期待更多突破例如，利用原子能发展更清洁、更安全的能源，改善人类生活小结原子结构元素周期表化学键原子能原子是物质的基本结构单元元素周期表按原子序数排列化学键是原子之间相互作用原子能是原子核裂变或聚变，由原子核和电子构成元素，揭示元素性质的周期力，决定物质的性质释放的能量，可用于发电、性变化医疗等领域。