《原子結構與原子核》歡迎來到《原子結構與原子核》課程！我們將深入探究原子內部的奧秘，了解原子的組成、原子核的特性以及核反應等重要內容，帶您開啟原子世界的奇妙之旅。課程導入課程目標掌握原子結構和原子核的基本概念，了解原子核的組成和性質，并認識核反應的基本類型和應用。課程內容本課程將涵蓋原子結構、原子核模型、核反應、放射性等重要內容，并結合實際應用案例進行講解。原子的組成1原子核帶正電2電子帶負電3原子電中性原子核的發現1湯姆遜模型原子是一個帶正電的球體，電子像“棗糕”上的棗子一樣均勻分布在球體內。2盧瑟福散射實驗α粒子轟擊金箔，發現大多數粒子穿過金箔，少量粒子發生大角度偏轉，極少數粒子被反彈回來。3原子核模型原子中心有一個很小的帶正電的原子核，電子繞著原子核運動。原子核的特性體積小原子核的體積遠遠小于原子的體積。質量大原子核的質量幾乎等于原子的質量。帶正電原子核的帶正電荷量等于原子中電子的帶負電荷量。質量數和原子序數質量數原子核中質子和中子的總個數，用字母A表示。原子序數原子核中質子的個數，用字母Z表示，也代表元素在元素周期表中的位置。同位素12碳-126個質子，6個中子13碳-136個質子，7個中子14碳-146個質子，8個中子元素周期表元素周期律元素的性質隨著原子序數的遞增而呈周期性變化。族周期表中同一縱列的元素，化學性質相似。周期周期表中同一橫行的元素，電子層數相同。元素周期表的發展1門捷列夫根據元素的原子量和化學性質排列元素周期表，預測了一些未知元素的存在和性質。2莫塞萊根據元素原子核的電荷數（原子序數）對元素周期表進行重新排列，更加科學和準確。3現代元素周期表根據原子核的結構和電子構型進行排列，包括s、p、d、f四個電子層，更全面地反映了元素性質的規律。電子的排布1電子層根據電子能量高低，電子排布在不同的能級，形成不同的電子層。2電子亞層同一電子層內，能量相近的電子排布在不同的電子亞層，例如s、p、d、f亞層。3電子軌道每個電子亞層包含一個或多個原子軌道，描述了電子在空間中的運動狀態。電子軌道模型原子軌道構型元素原子序數電子構型氫11s1氦21s2鋰31s22s1電子云和電子云模型電子云描述了電子在原子核周圍出現的概率分布。電子云模型用電子云來表示電子在原子核周圍的空間分布。量子數的概念主量子數（n）描述電子的能級，取正整數，n=1、2、3…角量子數（l）描述電子軌道的形狀，取值范圍從0到n-1，分別對應s、p、d、f軌道。磁量子數（ml）描述電子軌道在空間中的取向，取值范圍從-l到+l，包括0。自旋量子數（ms）描述電子本身的自旋方向，取值為+1/2或-1/2。量子躍遷吸收光子電子從低能級躍遷到高能級。發射光子電子從高能級躍遷到低能級。氫原子的量子模型玻爾模型氫原子只有一個電子，其電子運動的軌道是確定的。量子模型氫原子電子的運動狀態用四個量子數來描述，其運動軌道是不確定的。多電子原子的軌道元素原子序數電子構型鋰31s22s1鈹41s22s2硼51s22s22p1原子核的組成質子帶正電的核子，符號為p或H1，質量約為1.0073u。中子不帶電的核子，符號為n，質量約為1.0087u。原子核粒子1質子：帶正電荷，由三個夸克組成，是原子核的組成部分。2中子：不帶電荷，由三個夸克組成，是原子核的組成部分。3電子：帶負電荷，是原子核外繞核運動的粒子。核力的特性短程力核力只作用于原子核內的核子之間，距離大于10?1?m時，核力就消失。強力核力是自然界中最強的力，比電磁力強得多。飽和性一個核子只與它周圍的少數核子發生作用。核力的種類1強核力保持原子核穩定，將質子和中子束縛在一起。2弱核力參與放射性衰變過程，引起某些核子的轉化。核反應核裂變重核原子核在中子的轟擊下分裂成兩個或多個較輕的原子核，同時釋放出巨大的能量。核聚變兩個或多個輕核原子核在高溫高壓下結合成一個更重的原子核，同時釋放出巨大的能量。核反應的釋放能量1質量虧損核反應前后質量發生變化，質量虧損轉化為能量。2愛因斯坦質能方程E=mc2，能量與質量成正比。3核能核反應釋放的能量被稱為核能，應用于核電站和核武器。核裂變原理重核原子核在中子的轟擊下發生裂變，釋放出能量和新的中子。鏈式反應新釋放的中子繼續轟擊其他重核原子核，引發新的裂變，形成鏈式反應。核聚變1原理兩個或多個輕核原子核在高溫高壓下發生聚變，釋放出巨大的能量。2應用太陽和其他恒星的能量來源，未來清潔能源的重要方向。放射性衰變1α衰變原子核釋放出一個α粒子（氦核），原子序數減2，質量數減4。2β衰變原子核釋放出一個β粒子（電子或正電子），原子序數增加或減少1，質量數不變。3γ衰變原子核釋放出一個γ射線（高能光子），原子序數和質量數不變。放射性元素的應用1醫療診斷和治療疾病，例如放射性同位素標記的藥物。2工業測量厚度、密度、流量等，例如工業探傷儀。3農業提高農作物產量，例如用放射性同位素追蹤肥料的吸收情況。輻射對人體的影響電離輻射能量較高的輻射，如α、β、γ射線，可以使原子或分子失去電子，形成離子。危害電離輻射可以破壞生物組織，導致細胞死亡，甚至引起癌癥等疾病。電離輻射的保護時間減少接觸放射源的時間，縮短暴露時間。距離遠離放射源，增