2.2: 原子结构

所有物质都是由原子组成的，原子是元素的最小单位。每个原子由三个亚原子粒子组成：质子、中子和电子。这三种粒子加在一起构成了一个原子的质量和电荷。

原子理论史

第一个提出地球上的一切都是由微小粒子组成的人是大约公元前450年的希腊哲学家德谟克里特（Democritus），他使用了“原子”这个词，希腊语是“不可分割的”，现代术语“原子”就是从这个词派生出来的。然而，他的想法在当时并没有受到重视，原子的概念在许多世纪后才得以复兴。在19世纪，约翰·道尔顿（John Dalton）提出了原子理论，这在今天仍然是基本正确的。他提出了五个假设来解释原子是如何构成我们周围的世界的：（1）所有物质都是由无限小的粒子或原子组成的；（2）某一元素的所有原子彼此相同；（3）所有原子不同于所有其它元素的原子；（4）两种或两种以上的元素可以按固定的比例结合形成化合物；（5）原子不能在化学反应中产生或破坏，但可以重新排列形成新的物质。

构成原子的亚原子粒子的发现

道尔顿对构成物质的粒子的看法只是部分正确。虽然普通的化学或物理过程无法进一步分解原子，但它们是由三个较小的亚原子粒子组成的。关于亚原子结构的第一个线索出现在19世纪末，当时约瑟夫·约翰·汤姆逊（Joseph John Thomson）发现了这个电子。科学家知道一个原子的总电荷是中性的，但汤姆逊的“李子布丁模型”试图调和这个关于负电荷粒子存在的新信息，这表明在正电荷的整个区域都发现了电子。几年后，欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）进行了一项实验，结果表明，原子的大部分质量集中在原子核内，其中质子占据了原子的正电荷，而带负电的小电子占据了原子核外的大部分空间。这推翻了汤姆逊的“李子布丁模型”，使科学家们离我们今天所熟悉的原子模型又近了一步。后来，在1932年，詹姆斯·查德威克（James Chadwick）发现了中子。这最后一块拼图意味着科学家们现在已经计算出了一个原子中存在的所有质子和中子的质量，以及它所有的质子和电子电荷。

原子的结构

质子存在于原子核中，具有正电荷，质量为一个原子质量单位 (AMU)。质子的数目等于周期表上的原子序数，并决定元素的特征。中子也存在于原子核中。它们没有电荷，但它们的质量与质子相同，因此对原子的原子质量有贡献。电子在云中围绕原子核旋转。它们带负电荷，质量可以忽略不计，所以它们对原子的总电荷有贡献，但对原子质量没有贡献。

元素是拥有独特物理或

化学特性的物质

且不能通过化学反应被分解为

其他物质

每个元素，就像钾

组成了独特的一种原子

不同于其他元素的原子

这些不同都区别于组成原子的

次原子的颗粒

两种不同的颗粒在原子中心

里挤在一起

质子带正电

中子不带电

尽管两个都对重量有所贡献

带着一个原子质量单位

然而质子的数量

才是决定元素的关键

这又称为原子数

电子，第三种次原子的颗粒，

带负电且在电荷周围

的云附近快速移动

这个云大部分是空的

但这也是组成原子的绝大部分

电子在电荷周围因为他们都被

带正电的质子所吸引

通常，一个质子带有相等数量的

质子和电子

这样就会抵消正电和负电

使其不带电

然而，电子的结构会让

单个原子变得很不稳定

在这种情况下，他们可以丢掉电子

并成为带正电的阳离子

或者获得电子成为带负电的阴离子