原子化學學是數學學專業的一門重要基礎課程。它上承精典數學，下接量子熱學，屬于近代數學的范在內容體系的描述上，原子化學學采用了普通化學的描述風格，述說量子化學的基本概念和數學圖像，以及支配物質運動和變化的基本互相作用，并在此基礎上，借助量子力學的思想和推論，討論物質結構在原子、原子核以及基本粒子等結構層次的性質、特點和運動規律。第1章原子的基本狀況原子化學課程分為三個層次：第一是成熟、已有定論的基本內容，要求中學生把握并能運用；第二是目前已取得最新研究成果，要求中學生把握其化學概念和數學圖像；第三對于前沿研究課題內容，要求中學生了解其研究方向。在內容上，它由原子化學和原子核兩部份組成。主要講授：總論、原子的基本狀況、原子的基態和幅射、量子熱學初步、堿金屬原子、多電子原子、磁場中的原子、原子的殼層結構、X射線、原子核等九章內容。第1章原子的基本狀況通過原子化學學課的學習，除了要把握原子世界的基本規律，培養良好的自學能力和科研素養，還要學習化學學家們那個創造性研究問題的思想和方式，進而培養自己的創新能力。原子化學學的研究對象是電子、原子核、基本粒子。課程內容具象無趣。為了幫助中學生構建清晰的化學圖象，樹立鮮明的化學思想，在講授中我們充分發揮多媒體技術的優勢，重現原子化學學重大發覺的化學過程，避免量子熱學復雜的物理估算，注重闡明基本概念和基本規律，構建具體的數學模型，引導中學生主動掌握所研究的對象，學會化學學的研究方式和研究思想，養成良好的自學習慣。
第1章原子的基本狀況研究對象原子化學學屬近代化學學課程，它是研究物質在原子層次內由哪些組成，它們怎樣作用，發生哪些樣的運動形態的理論。即主要研究原子結構與性質及有關問題。它是關于物質微觀結構的一門科學。研究內容由原子化學和原子核兩部份組成。原子化學部份從原子波譜入手，研究價電子的運動規律；從元素周期律和X射線入手研究外層電子的運動規律和排原子核部份主要研究核的整體性質、核力、核模型、核衰變、核反應、核能的開發和借助、以及基本粒子的一些知識。第1章原子的基本狀況研究方式：從波譜及實驗資料入手，提出假定，建立模型，之后再進行實驗驗證，最后產生理論。正如恩格斯所說：“只要自然科學在思維著，它的發展方式就是假說?！痹踊瘜W學的發展歷史1.唐代的原子論：中國唐代的原子論（墨子-“端”）古埃及的原子論（德漠克利特）量子熱學和現代原子化學學（薛定諤、狄拉克）第1章原子的基本狀況原子化學學的地位、作用和研究前景1.原子化學學在材料科學中的應用2.原子化學學在宇觀研究領域中應用：星際分子、宇宙起源等3.原子化學學在激光技術及光電子研究領域的應用4.原子化學學在生命科學領域中的應用5.原子化學學物理研究領域的應用學習原子化學學應注意的問題1.實踐是檢驗真理的標準2.科學是逐漸地不斷地發展的3.對微觀體系不能要求都按宏觀規律來描述4.要擅于觀察、善于學習、善于動腦、開拓進取，不斷創新內容：內容：1、湯姆遜原子結構模型2、原子的核式結構3、盧瑟福散射理論4、原子的組成和大小5、盧瑟福核式結構的意義和困難重點：重點：原子的核式結構、盧瑟福散射理論第1章原子的基本狀況1.1背景知識1、原子“原子”一詞來自意大利文，意思是“不可分割的”。
在公元前4世紀，古埃及哲學家德漠克利特()提出這一概念，并把它看作物質的最小單元。在十九世紀，人們在大量的實驗中認識了一些定理，如：定比定理：元素按一定的物質比互相化合。倍比定理：若兩種元素能生成幾種化合物，則在這種化合物中，與一定質量的甲元素化合的乙元素的質量，互成簡單整數比。在此基礎上，1893年道爾頓（J.）提出了他的原子學說，他覺得1.一定質量的某種元素，由極大數量的該元素的原子所構成；2.每種元素的原子，都具有相同的質量，不同元素的原子，質量也不相同；3.兩種可以化合的元素，它們的原子可能按幾種不同的百分比化合成幾種化合物的分子。第1章原子的基本狀況按照道爾頓的原子學說，可以對簡單的無機物理中的化合物的生成給與定量的解釋，反過來，許多實驗也否認了原子學說；而且人們發覺氣態物質參與的物理反應時的元素的重量與體積也遵守上述規律。蓋呂薩克定理告訴我們，同溫同壓下，在每一種生成或分解的二氧化碳中，組分和化合物二氧化碳的容積彼此之間具有簡單的整數比，與前述規律進行對比，我們可以得到這樣的推論：二氧化碳的容積與其中所含的粒子數量有關。阿伏伽德羅定理告訴我們，同溫同壓下，相同容積的不同二氧化碳富含相等數量的分子。
當原子學說漸漸被人們接受之后，人們又面臨著新的問題：原子有多大？原子的內部有哪些？原子是最小的粒子嗎？........第1章原子的基本狀況10假定某固體元素的原子是球形的，直徑為r米，原子之間是緊密地堆積在一起的。該元素的原子量為A，這么1mol該原子的質量為A原子物理學題庫及答案，若這些原子的質量密度為依此可以算出不同原子的直徑，如下表所示：原子大小的線度在10-10m=1=0.1nm數目級。一個原子的容積為第1章原子的基本狀況年，阿伏伽德羅（A.）定理問世，提出1mol任何原子的數量都是1874年，斯迪尼（G.T.）綜合上述兩個定理，強調原子所帶電荷為一個電荷的整數倍，并用“電子”來命名這個電荷的最小單位。但實際上確認電子的存在，卻是20多年后湯姆遜（J.J.）的工作；1897年，湯姆遜（J.J.）發覺電子：通過陰極射線管中電子荷質比的檢測，湯姆遜（J.J.）預言了電子的存在。2、電子電子的發覺并不是碰巧的，在此之前已有豐富的積累。1833年，法拉第（M.）提出電解定理，1mol任何原子的均價離子永遠帶有相同的電量-即法拉第常數，第1章原子的基本狀況年，J.J湯姆遜通過陰極射線管的實驗發覺了電子，并進一步測出了電子的湯姆遜被譽為:“一位最先打開通向基本粒子化學學房門的偉人.”湯姆遜正在進行實驗第1章原子的基本狀況13陰極射線實驗裝置示意圖陰極射線：抽去密封玻璃管里的空氣，裝上兩個金屬電極，外加高電流都會形成低壓放電，即二氧化碳導電現象，放電管對著陰極管壁上發生的幅射。
第1章原子的基本狀況14陰極射線實驗裝置示意圖qE微粒的荷質比為氫離子荷質比的千倍以上陰極射線質量只有氫原子質量的千分之一還不到電子加電場E后，射線偏轉，求出荷質比。第1章原子的基本狀況15電子電荷的精確測定是在1910年由R.A.密立根（）做出的，即知名的“油滴實驗”。e=1.-19m=9.-31kg。質量最輕的氫原子：1.67310-27kg原子質量的數目級：10-27kg——10-25kg原子的直徑－10-1０m（0.1nm）第1章原子的基本狀況16盧瑟福1871年8月30日生于法國的納爾遜，結業于美國學院和劍橋學院。1898年到日本任馬克歧爾學院化學學教授，達9年之久，這期間他在放射性方面的研究，貢獻極多。1907年，任伯明翰學院化學學院士。1908年因對放射物理的研究榮獲諾貝爾物理獎。1919年任劍橋學院院長，并任卡文迪許實驗室處長。1931年英王授予他侯爵的桂冠。1937年10月19日去世。1.2原子的核式結構第1章原子的基本狀況171903年美國科學家湯姆遜提出“葡萄干面包”式原子模型或稱為“西瓜”模型，覺得原子中正電荷均勻分布在原子圓球內，電子鑲嵌在其中。
原子就像獼猴桃，瓜瓤好比正電荷原子物理學題庫及答案，電子就像花生分布在其中。11、、湯姆遜原子模型湯姆遜原子模型同時該模型還進一步假設，電子分布在分離的同心環上，每位環上的電子容量都不相同，電子在各自的平衡位置附近做微震動。因此可以發出不同頻度的光，但是各層電子繞球心轉動時也會發光。這對于解釋當時已有的實驗結果、元素的周期性以及原子的線波譜，雖然是成功的。第1章原子的基本狀況18俯瞰圖。R:放射源；F:散射箔；S:閃動屏；B:金屬匣粒子：放射性元素發射出的高速帶電粒子，其速率約為光速的非常之一，帶+2e的電荷，質量約為4M散射：一個運動粒子遭到另一個粒子的作用而改變原來的運動方向的現象。粒子遭到散射時，它的出射方向與原入射方向之間的傾角稱作散射角。22、、粒子散射實驗粒子散射實驗α粒子散射實驗是盧斯福于1911年設計的，后來依據實驗的結果，盧斯福否定了湯姆遜模型并提出了原子的核式模型第1章原子的基本狀況19實驗結果：大多數散射角很小，約1/8000散射小于90；極某些的散射角等于180。俯瞰圖。R:放射源；F:散射箔；S:閃動屏；B:金屬匣實驗裝置如上圖所示。
放射源R中發出一細束α粒子，直射到金屬箔上之后，因為各α粒子所受金屬箔中原子的作用不同，所以沿著不同的方向散射。螢光屏S及放大鏡M可以順著以F為中心的圓弧聯通。當S和M對準某一方向上,通過F而在這個方向散射的α粒子就射到S上而形成閃光，用放大鏡M觀察閃光，才能記錄下單位時間內在這個方向散射的α粒子數。因而可以研究α粒子通過金屬箔后按不同的散射角θ的分布情況。這是我一生中未曾有過的最無法置信的風波，它的無法置信好比你對一張白紙射出一發15英寸的子彈，結果卻被頂了回去打在自己頭上－盧瑟福的話粒子散射實驗粒子散射實驗第1章原子的基本狀況20α粒子發生如此大角度的散射，說明它深受的力很大。湯姆遜模型是否可以提供這么大的力？我們來看一看這兩個模型對應的力場模型因為核式模型正電荷集中在原子中心很小的區域，所以無限接近核時，斥力會顯得的很大，而湯姆遜模型在原子中心附近則不能提供很強的斥力。下邊我們通過估算來看一看，根據湯姆遜模型，α粒子的最大偏轉角可能是多少。第1章原子的基本狀況21當rR時，原子受的庫侖作用力為：當rR時，原子受的庫侖作用力為：當r=R時，原子受的庫侖作用力最大：33、、湯姆遜模型的困難湯姆遜模型的困難對于湯姆遜模型而言，只有掠入射(r=R)時,入射α粒子受力最大，設為Fmax，我們來瞧瞧此條件下α粒子的最大偏轉角是多少？假定有一個符合湯姆遜模型的帶電圓球，即均勻帶電。
這么當α粒子射向它時，其所受斥力F(r)第1章原子的基本狀況22假定α粒子以速率v入射，但是在原子附近渡過的整個時間內都遭到力Fmax的作用，這么會形成多大角度的散射呢？由動量定律得其中，表示α粒子在原子附件渡過的時間代入FmaxREZeRmvZe第1章原子的基本狀況23里面的估算中為何沒有考慮核外電子的影響？這是由于電子的質量僅為α粒子質量的1/7300，它的作用是可以忽視的，雖然發生對頭碰撞，影響也是微小的。當α粒子與電子發生正碰時，可以近似看作彈性碰撞，動量和能量均守恒。