原子结构的发展历史 德莫克利特认为2113万物是由原子构成的5261,原子是不能再分的实心小球。形形色色4102的原子模型1653原子结构的探索过程行星结构模型|中性模型|实心带电球模型|葡萄干蛋糕模型|土星模型|太阳系模型|玻尔模型|从英国化学家和物理学家道尔顿(J.John Dalton,1766~1844)(右图)创立原子学说以后,很长时间内人们都认为原子就像一个小得不能再小的玻璃实心球,里面再也没有什么花样了。从1869年德国科学家希托夫发现阴极射线以后,克鲁克斯、赫兹、勒纳、汤姆逊等一大批人科学家研究了阴极射线,历时二十余年。最终,汤姆逊(Joseph John Thomson)发现了电子的存在(请浏览科技园地“神秘的绿色荧光”)。通常情况下,原子是不带电的,既然从原子中能跑出比它质量小1700倍的带负电电子来,这说明原子内部还有结构,也说明原子里还存在带正电的东西,它们应和电子所带的负电中和,使原子呈中性。原子中除电子外还有什么东西?电子是怎么待在原子里的?原子中什么东西带正电荷?正电荷是如何分布的?带负电的电子和带正电的东西是怎样相互作用的?一大堆新问题摆在物理学家面前。根据科学实践和当时的实验观测结果,物理学家发挥了他们丰富的想象力,提出了各种不同的原子。
为什么天然放射现象说明原子核具有复杂的结构? 天然放射现象说明了原子核不是不可再分的粒子。天然放射现象,比如原子弹原料 铀235,放射之后,变成铀234 和一个质子。质子也就是氢原子。这说明铀235的原子核可以分裂为 铀234 和氢原子。从而证明了铀235作为一种原子核不是不可再分粒子,也就是说具有复杂结构。
为什么原子结构和太阳系结构如此相似? 原子是由带正电的原子核以及绕核运动的带负电的电子组成,原子核的质量占据整个原子质量的99.96%。相比之下,太阳占据整个太阳系质量的99.86%,周围也有绕其运动的行星。此外,就像行星与太阳之间的引力一样,电子与原子核之间的库仑力也遵循平方反比定律。因此,原子的结构看似非常类似于太阳系的结构,原子核就像太阳,而电子就像行星,行星绕太阳运动,而电子绕原子核运动。然而,这只是一种视觉上的错误对比,实际上,原子的结构与太阳系的结构完全不同,根本就谈不上相似。虽然电子确实是绕原子核运动,但是电子根本就不存在运动轨道。电子没有确切的位置,只有出现在某个位置的概率有多少,它们的概率分布被称为“概率云或电子云”。在电子云密度越大的地方,电子出现在此处的概率就越高。原子的行星模型或者玻尔模型均违背了量子力学中的海森堡测不准原理,因为在现实中,我们无法同时测出电子的速度和位置。相比之下,行星绕太阳运动的轨道是确定的,并且我们可以同时测出行星在任意时间的位置和速度。当原子核外只有一个电子时,电子云的形状就像一个球体。如果同时存在多个电子,它们之间的相互作用非常强烈,使得电子云呈现出不同的形状:纺锤形、花瓣形以及更为。