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2.2: 原子结构
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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,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他元素的原子;(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

Dalton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J.J. 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Thomson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,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Thomson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,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。

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