科学原子模型的建立.pdf

第 1 页（共 2 页）道尔顿汤姆生汤姆生在卡文迪许实验室科学原子模型的建立：从道尔顿到玻尔公元前 5 世纪的希腊学者曾指出：万物是由极其微小的、不可分割的微粒——“ 原子 ” 构成的；中国古代哲学家墨子在他的著作中也提到了与“ 原子 ” 相似的说法 1803 年，英国科学家道尔顿（John Dalton，1766-1844）借用 “ 原子 ” 概念提出了原子学说科学家后来沿用“ 原子 ” 这个名称来表示构成物质的一种基本微粒道尔顿的科学原子论（实心球模型）道尔顿的科学研究生涯可以说是从观测气象和大气开始的他为了说明气体的各种物理性质，首先假定大气中各种物质都是由同样大小的原子构成的，他所说的原子也就是现在几乎尽人皆知的构成物质的最小粒子后来他发现用这种假设不能解释各种气体的性质，于是他又设想原子有大有小他把原子视为大小不同的小球1803 年，他把对大气研究所取得的成果运用到化学上他认为，不同元素的原子具有不同的类型， 它们在大小、 重量和每一单位体积内的数目都各不相同，形成不同的品种；任何同一种元素的原子都一样，并且都带有这种元素自身的特性；同一物质的原子相互排斥，不同物质的原子相互并不排斥。

道尔顿在确认了原子的客观存在的同时，通过化学实验测定了一些元素原子的相对质量因为原子具有不同大小的概念对他的学说至关重要，所以他力求测定原子大小的不同数值，更确切一点说，也就是想测定原子量的不同数值这样他对原子的认识从定性阶段进入定量阶段，并在此基础上逐步建立起科学原子论的新体系道尔顿的科学原子论的核心思想是：①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子构成；②同一元素的所有的原子，各方面的性质（特别是重量），都完全相同；不同元素的原子重量不同；原子的重量是每一种元素的特征性质；③不同元素的原子按简单数目的比例相结合，形成化学中化合现象；化合物称为“ 复合原子 ” ，其重量为所含各种元素原子重量之总和；④原子是参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但作为近代原子学说的奠基者，道尔顿把前人模糊的原子假说变成明确的科学原子理论，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来他对化学以致整个自然科学的贡献，赢得了科学界的崇敬，更被后人誉为 “ 近代化学之父 ” 汤姆生的原子模型（枣糕模型）在道尔顿的原子论里，仍然保留着古希腊学者德谟克利特、近代学者牛顿的一种具有局限性的观点，即认为原子是宇宙中最小的、不可再分的粒子。

这种观点到19 世纪末被科学的进程所打破冲破这种陈旧观点的事件是：1897 年英国物理学家汤姆生（ Joseph John Thomson，1856-1940）发现并证实了所有原子都含有的电子， 表明原子内部结构比较复杂，原子并不是构成物质的最小粒子也就是说， 汤姆生发现了第一个亚原子粒子即电子他开始时把这种组成一切原子的粒子叫做“ 微粒 ” ，后来改称 “ 电子 ” 电子这个名词是爱尔兰物理学家斯托尼（1826-1911）于 1891 年提出来的，当时只是用来表示电荷的最小单位（基元）汤姆生研究发现，电子是一种带负电荷的粒子，其质量不到氢原子质量的千分之一，他的这一发现与科学家们在19 世纪对阴极射线的研究有关汤姆生在发现电子之后，便进一步地思考原子结构的问题电子是从原子里跑出来的，原子是中性的，原子失去了电子之后剩下的粒子应带等量的正电荷，那么这些正电荷在原子中是怎样分布的呢？他认为正电荷在原子内作球状均匀分布，电子对称地镶嵌在其中，犹如葡萄干面包一样其中电子在平衡位置作振荡，其频率就是原子发光的频率汤姆生提出的这个“ 枣糕模型 ” ，不仅能解释原子为什么是电中性的， 电子在原子里是怎样分布的，而且还能解释阴极射线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现象。

而且根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘第 2 页（共 2 页）卢瑟福米，这是件了不起的事情，正由于汤姆生模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受但以后出现的很多新的实验结果不能用此模型来解释，所以这种模型都没有得到进一步的发展数年后，汤姆生的原子模型被自己的学生卢瑟福推翻了卢瑟福的原子模型（行星模型）卢瑟福（ Ernest Rutherford ，1871-1937）出生于新西兰，1895 年来到英国卡文迪许实验室，跟随汤姆生学习，成为汤姆生第一位来自海外的研究生卢瑟福好学勤奋，在汤姆生的指导下，卢瑟福在做他的第一个实验—— 放射性吸收实验时发现了α射线他经过深入细致的研究后指出，α射线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子1911 年卢瑟福用α粒子轰击金 箔时， 发现大多数α 粒子会正常穿过；但是大概还有万分之一的α 粒子以各种不同的角度反弹回来，即发生大角度偏转现象按照汤姆生的枣糕模型，质量微小的电子分布在均匀的正电荷中， 而 α 粒子是失去两个电子的氦原子，它的质量要比电子大几千倍当这样一颗重型炮弹轰击原子时，小小的电子是抵挡不住的；而金原子中的正电荷均匀分布在整个原子中，也不可能抵挡住α粒子的轰击。

也就是说， α粒子将很容易地穿过金箔，即使受到一点阻挡的话，也仅仅是α粒子穿过金箔后稍微改变一下前进的方向而已因此，极少数α粒子发生大角度偏转现象表明，它们必定是在金原子中与某些东西发生了撞击卢瑟福由此得出结论，只有当金原子中的所有正电荷，也就是几乎所有的质量，都集中在一个小小的中心核上，而这个核只有整个原子的万分之一大小，α粒子才会以这种方式反弹卢瑟福就这样发现了原子核这一发现也说明原子内部大部分是空的在此基础上，卢瑟福提出了原子的行星模型推翻了他的老师汤姆生的枣糕模型他认为，原子有原子核和电子构成，电子在离原子核一定距离的地方围绕着核旋转，就像行星围绕太阳运行那样；原子核的质量占整个原子质量的绝大部分，但所占空间极小，约10-12米范围，电子的质量占整个原子质量的极小部分，但占据整个原子空间的绝大部分，约10-10米范围概括起来，卢瑟福的行星模型是以经典电磁学为理论基础的，主要内容包括：①原子的大部分体积是空的；②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核；③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动玻尔的氢原子模型（玻尔模型）卢瑟福的原子模型也有其缺陷：由于绕原子核旋转的电荷在运动时必然要不断释放能量，其能量必定要持续地减少，这就意味着随着能量的丧失电子将会盘旋下降进入原子核，从而导致原子坍缩，但事实并非如此。

这个理论缺陷是由另一位物理学家玻尔解决的1913 年丹麦原子物理学家玻尔 在卢瑟福的核式原子模型的基础上提出：核外电子只能在限定的、稳定的轨道（即区域）内绕核运转， 按能量高低远近不同，即电子分层排布和运动玻尔的这种原子模型被后人称为玻尔模型，他也因此获得了1922年诺贝尔物理学奖1920 年卢瑟福又提出的天才的中子假说，认为原子核中除了含带正电荷的质子外，还应该有一种和质子质量相近的电中性的微粒，后来他的学生查德威克通过实验证明了中子的存在，也因此获得1935 年的诺贝尔物理学奖继这些科学家之后，原子结构模型还在不断地发展，如现代量子力学模型等参考： 1.百度 ——“ 原子 ”“原子结构 ” 条目2.《简明科学史》3.上海教育出版社《化学》九年级上册，有删改编辑：宋志昭。