原子结构发展史.DOC

原子結構發展史 在19世紀末，放射性元素逐一被發現，它們裂變的事實衝破原子不能再分的傳統觀念。1897年英國科學家湯姆森（1856—1940）發現原子裏有帶負電荷的電子。這一切激勵著科學家們去探索原子的內在結構。 1904年，英國科學家湯姆森首先提出葡萄乾麵包原子模型。他認為既然電子那麼小，又那麼輕，因此原子帶正電部分充斥整個原子，而很小很輕的電子浸泡在正電的氣氛中，這正像葡萄乾嵌在麵包中那樣。電子帶的負電荷被原子內帶正電荷部分抵消，因此原子是電中性的。湯姆森的原子模型能解釋原子是電中性的，還能估計原子半徑約為100pm（10-10m），因此它風行10多年，以後意外地被湯姆森的學生盧瑟福推翻。 1911年，盧瑟福（1897—1937）和蓋革（1882—1945）用α粒子轟擊金屬箔，並用螢光屏記錄粒子散射現象的情況。他發現大部分α粒子按直線透過金屬箔，只有極少一部分α粒子被反彈回來或偏轉很大角度。這個實驗充分說明原子內有很大空間，而正電荷部分集中在原子中心極小的球體內，這裏占原子質量的99％以上。因此，他斷定湯姆森的葡萄乾麵包的原子模型不符實際，同時他果斷地提出新的原子模型。 1912年，盧瑟福聯繫太陽系中行星繞太陽旋轉情況提出新的原子模型是帶正電的原子核在原子正中，占原子質量的絕大部分，正像太陽系中太陽那樣；帶負電的電子環繞原子核作高速運動。按這個模型可估計原子直徑是100pm，電子直徑是1fm，原子核直徑是10～0.1fm，原子內部有很大空間。 雖然這個模型能成功地解釋一些現象，但是它立即遭到全世界大多數科學家反對。因為據經典物理理論，任何作加速運動的電荷都要輻射電磁波，這必然引起兩種後果：第一，不斷輻射能量，電子將沿螺旋線漸漸趨近原子核，最後落到核上而毀滅。第二，電子不停地、連續地輻射電磁波，電磁波的波長會發生連續的變化，因此，所有的原子都應發射連續光譜。然而事實決非如此，首先，從未發生過原子毀滅的現象。說明電子不會落到原子核上去。其次，原子在正常情況下不輻射電磁波。即使氣體或蒸汽被火焰，或其他方法灼熱時有電磁波輻射，但這種輻射通過三棱鏡後得到的是線光譜，而不是連續光譜。這些事實使盧瑟福也不知怎樣來解釋。 正當盧瑟福無計可施時，剛巧來了一位年輕丹麥化學家玻爾（1885—1962），他堅決支援盧瑟福的新模型，並且引進嶄新的量子學說，為原子結構理論譜寫出光輝的一頁。玻爾理論的要點是 第一，盧瑟福的新模型是正確的，問題是應指出原子中電子環繞原子核作高速運動時，只能在特定軌道上運動，電子在這樣的軌道上運動時不輻射能量。這時電子所處的狀態叫基態。 第二，當電子從離核較遠的軌道跳到離核較近軌道時，原子放出能量，並以電磁波的形式輻射出來，輻射能量的大小決定於電子跳躍前後兩個軌道的半徑。由於軌道是不連續的，因此發射的能量也是不連續的。 從上述兩點出發，首先揭開氫光譜之謎，成功地使巴爾麥（1825—1898）公式得到完滿解釋，還輕而易舉地算出原子半徑。 玻爾理論作為物理和化學一場革命而載入史冊。然而，波爾沒有認識到宏觀物體與微觀粒子的本質區別。他的理論還是建立在牛頓力學的基礎上的，因此在解釋多原子光譜時遇到不可克服的困難。這意味著必須建立新的理論體系。 正當波爾致力於研究電子在原子中的運動狀態時，英國盧瑟福及其學生查德威克（1891—1974）進一步揭開原子核的秘密。 1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核，首次發現質子。 由此知道原子核中存在質子。他根據原子該質量，提出還存在中子的假說，並預言中子呈電中性，周圍不形成電場，不會使周圍粒子帶電，它的穿透力比α粒子強。 1930年盧瑟福的學生查德威克在卡文迪許實驗室用α粒子轟擊石蠟時，捕捉到不顯電性的中子。至此，原子的構成基本清楚。原子核由帶正電的質子和不顯電性的中子組成，帶負電的電子環繞核作高速運動。 1924年法國科學家德布羅意（de Broglie，1892—1960）發現微觀世界的微粒在不同條件下分別表現為波動和粒子的性質，即有波粒二象性。這一發現表明過去人們在研究微觀粒子的運動規律時忽略波動性一面，因而得出的結果不能真實地反映微觀粒子的運動規律。糾正了這一偏向後，人們的研究取得很大的成功。其中尤其突出的是薛定諤，他建立波動方程（後來人稱薛定諤方程）。在此基礎上，迅速發展一門新的學科——量子力學。這是現代研究原子、分子結構的理論基礎。 總之，從19世紀紀末到今天，人們已建立起一整套描述原子內在結構的理論和方法，使化學迅速進入微觀領域的研究。 撮要: 前400年，希臘哲學家德謨克列特提出原子的概念。 1803年，英國物理學家約翰·道爾頓提出原子說。 1833年，英國物理學家法拉第提出法拉第電解定律，表明原子帶電，且電可能以不連續的粒子存在。 1874年，司通內建議電解過程被交換的