探索原子结构，身边的物理

2024-06-12 百科知识版权反馈

【摘要】：原子的结构原子科学的第一道门在微观世界中，有一种比分子更小的物质叫作原子。这一发现明确地向人们表示：原子有着自己的内部结构，它是可以继续分割的。汤姆逊的“葡萄干布丁”模型原子结构卢瑟福的核式原子结构模型由于这样的发现，卢瑟福决定修改汤姆逊的葡萄干布丁模型。原子论带来的荣誉英国伟大的科学家道尔顿为近代原子论的建立作出了不可磨灭的贡献。

原子的结构　原子科学的第一道门

在微观世界中，有一种比分子更小的物质叫作原子。很久以来，化学家们都认为原子已经是极限，不能再往下分割了，它就是组成物体的最小的单位。然而，真的是这样吗？原子真的不能再分割了吗？原子内部会是怎样的结构呢？

氢原子结构模型

原子在古希腊语中的意思是：不可分割。自古以来，化学界都坚信这一流传下来的理念。但是在1897年，汤姆逊在研究阴极射线的时候，发现了原子中电子的存在。这一发现明确地向人们表示：原子有着自己的内部结构，它是可以继续分割的。

那么，原子内部的结构是怎么样的呢？汤姆逊那时完全缺乏实验证据，但是他凭自己的想象勾勒出这样的图景：原子呈球状，带正电荷，而带负电荷的电子则一粒粒地“镶嵌”在这个圆球上。由于这样的形容很容易让人联想到电子就像布丁上的葡萄干一样，因此这种结构被人戏称为“葡萄干布丁”模型。

但是在1910年，卢瑟福和他的学生们在他的实验室里进行了一次非常著名的实验。他们想通过散射来确认那个“葡萄干布丁”的大小和性质，于是用α粒子（带正电的氦核）来轰击一张极薄的金箔，可是结果却出人意料：有少数α粒子的散射角度是如此之大，以致超过90度。卢瑟福这样说道：“这就像你用十五英寸的炮弹向一张纸轰击，结果这炮弹却被反弹了回来，反而击中了你自己一样。”他意识到，α粒子被反弹回来，就说明它们和金箔原子中某种极为坚硬密实的核心发生了碰撞。

汤姆逊的“葡萄干布丁”模型原子结构

卢瑟福的核式原子结构模型(www.chuimin.cn)

由于这样的发现，卢瑟福决定修改汤姆逊的葡萄干布丁模型。于是，1911年，卢瑟福发表了他构建的新模型。这个模型中，在原子的中心有一个占据了绝大部分质量的“原子核”，而原子核的四周，则是带负电的电子沿着特定的轨道绕着它运行。在这里，原子核就像是太阳，而电子则是围绕太阳运行的行星们。

但是，问题又接踵而至：这个体系是不稳定的。带负电的电子绕着带正电的原子核运转，两者之间会放射出强烈的电磁辐射，从而导致电子一点点地失去自己的能量。作为代价，它便不得不逐渐缩小运行半径，直到最终“坠毁”在原子核上为止，整个过程用时不过一眨眼的工夫。换句话说，就算世界如同卢瑟福描述的那样，也会在转瞬之间因为原子自身的坍缩而毁于一旦。

另一位科学家玻尔没有因为卢瑟福模型的困难而放弃这一理论，相反，玻尔对电磁理论能否作用于原子这一人们从未涉足过的层面，倒是抱有相当的怀疑成分。由于α粒子散射实验的强力支持，玻尔开始试图把量子的概念结合到卢瑟福模型中去，以解决经典电磁力学所无法解释的难题。1912年7月，玻尔完成了他在原子结构方面的第一篇论文，历史学家们后来把这篇论文称为“曼彻斯特备忘录”。不过，玻尔当时对原子光谱的问题一无所知，当然也看不到它后来对于原子研究的决定性意义，但是，正是因为这一系列的发现，最终促成了量子论的发现。这无疑给化学世界乃至整个科学界注入了一种新的生机，一种有着新鲜气息和希望的活力。

位于布鲁塞尔的原子塔

原子可以再分的理论，就如同流星一样，虽然短暂，但却让浓云密布的天空中出现了一线微光。正是这光芒照亮了人们前进的道路，引导他们去继续寻找真理，寻找光明。

原子论带来的荣誉

英国伟大的科学家道尔顿为近代原子论的建立作出了不可磨灭的贡献。原子论建立以后，道尔顿名震英国乃至整个欧洲，各种荣誉纷至沓来：1816年，道尔顿当选为法国科学院院士；1817年，道尔顿被选为曼彻斯特文学哲学会会长；1826年，英国政府授予他金质科学勋章；1828年，道尔顿被选为英国皇家学会会员；此后，他又相继被选为柏林科学院名誉院士、慕尼黑科学院名誉院士、莫斯科科学协会名誉会员，还得到了当时牛津大学授予科学家的最高荣誉——法学博士称号。

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