《生化科学发展史》PPT课件.ppt

1、1,化學的微觀世界,葉玉堂 東海大學化學系,四校聯盟暑期科學營 中華民國93年7月2日,專題一,2,科學發展過程,天文,物理,化學,地質,生物,3,道爾頓原子說 (Daltons Atomic Theory),1. 構成物質最小單位粒子為原子,2. 原子為堅硬實體,無法繼續細分,3. 任何特定元素均由相同的原子組成，不同的元素的組成原子彼此間之基本性質也不相同,4,4. 化合物是由原子組合而成,相同化合物的組成原子及彼此間相對原子數目也相同,5. 化學反應乃牽涉化合物間原子的重組,原子本 身沒有改變,水 : H2O 原子數 H ：O = 2 ：1 質量比 H ：O = 1 ：8,拉色弗(Rut

2、herford)實驗,粒子(He2+)照射(bombard)在黃金薄片(gold foil, 4 10-5cm)上,觀察結果,1. 絕大部分粒子均直接穿過金 屬,並未偏向(deflection),2. 僅少數粒子會偏向,有些偏 向甚至超過900,6,Copyright Houghton Miffin Company. All rights reserved,7,原子乃由一帶正電荷的原子核被帶負電荷之電子環繞,借靜電吸引力結合而成,結論,相對於原子的體積,原子核體積相當小 可視為點電 荷,原子核(質子+中子)：10-13cm 電子環繞原子核距離： 10-8cm,整個原子的質量幾乎全集中在原子核,

3、當照射時,大部分-粒子皆完全穿過金屬片無任何 阻礙,一因原子幾乎是空的,僅極少數接近原子核之-粒子(1/2000)會受到原子核正電排斥而偏向,8,電子在原子中運動狀況,氫原子,單一電子繞原子核作圓周運動 月球繞地球運動,9,問題：如何觀察電子的運動,使用工具必須備足的條件： 夠小 小於原子 能夠準確的校準 必須能與電子作用,光!,?,10,觀測結果,1. 電子的位置無法確定 用電子密度表達 (機遇率),2. 能量為非連續性,11,機遇率,Copyright Houghton Miffin Company. All rights reserved,12,能量為連續性與非連續性,Copyright

4、 Houghton Miffin Company. All rights reserved,13,古典力學物質與能量區分清楚,1. 物質由粒子組成，具有質量，在空間位置可以確定,2. 能量無質量，不定域性(delocalized)， 即空間位置無法界定,3. 牛頓運動方程式,14,量子力學(波動力學),粒子同時帶有能量,兩者不可分,薛丁格方程式 (Schrdinger equation),例 光：粒子(光子photon)同時以波(正弦波sine wave)形式傳遞(能量),15,薛丁格方程式,對一在位能場運動的粒子,： 粒子根據在任何極小體積(任何一點)被找到的機率,：波動函數為一數學函數，本

5、身毫 無物理意義,16,海森堡不確定論根據波粒子二重性,在量子系統,不可能同時確定知道粒子的位置及動量,XpX h /4,17,波粒子二重性的困擾,1. 我們無法直接觀察微觀系統,2. 當光偵測原子或分子之結構或運動狀況時，光必須先與偵測系統作用,3. 海森堡指出當兩者作用時，同時改變了原子的狀態，以致所觀察到的情形與系統原來的狀況不同,- 起始條件無法確定,18,自由粒子在一維箱中之運動,v = ,v = 0,v = ,0,L,x,n = 1, 2, 3,19,氫原子 電子繞原子核運動,(x, y, z),x,y,z,n = 1, 2, 3 l n-1 l = 0, 1, 2 n-1 |m| l m = 0, 1, 2, 3 l,r,- 中心場問題,20,2. 原子軌域數,總軌域數=,1. 每組n, l, m值代表一波動函數 -原子軌域,量子數 軌域數 n = 1, l = 0, m