原子

原子(atom)構(gòu)成化學(xué)元素的基本單元和化學(xué)變化中的最小微粒，即不能用化學(xué)變化再分的微粒。原子由帶正電的原子核和帶負(fù)電的核外電子組成，原子核非常小，它的體積約為整個(gè)原子體積的10-15，但原子質(zhì)量的 99.95％以上都集中在原子核內(nèi)。質(zhì)量很小的電 子在原子核外的空間繞核作有規(guī) 律的高速運(yùn)動(dòng)，原子核和核外電子相互吸引，組成中性的原子。在科學(xué)昌盛的20世紀(jì)，科學(xué)家已經(jīng)能夠利用場(chǎng)發(fā)射顯微鏡直接觀察到原子圖像，這是證明原子存在的最有力的證據(jù)。

原子

近代原子概念是在1803年由英國(guó)J.道爾頓提出的，主要內(nèi)容有3點(diǎn)：

1.一切化學(xué)元素都是由不能再分割、不能毀滅的微粒組成的，這種微粒稱(chēng)為原子。

2.同一種元素的原子的性質(zhì)和 質(zhì)量都相同 ， 不同元素的原子的性質(zhì)和質(zhì) 量都不同。

3.兩種不同元素的化合作用是一種元素的一定數(shù)目的原子與另一種元素的一定數(shù)目的原子結(jié)合而形成化合物的各個(gè)分子。

自從放射性元素發(fā)現(xiàn)以后，原子是可以蛻變和分裂的，因此，道爾頓關(guān)于原子不可分割的說(shuō)法應(yīng)該加以修正，只能說(shuō)在普通的化學(xué)反應(yīng)中，原子不可分。同位素的發(fā)現(xiàn)也改變了同一種元素的原子的性質(zhì)和重量都相同的說(shuō)法，因?yàn)橥环N元素的各種同位素的質(zhì)量是不同的。1913年英國(guó) H.G.J. 莫塞萊提出原子序數(shù)概念，指出同一種元素的各原子的質(zhì)量可能不等，由此可見(jiàn)，一種元素所有的原子的基本特征仍是原子序數(shù)。

原子，是化學(xué)元素最小組成單元，是組成分子和物質(zhì)的基本單元，它具有該元素的化學(xué)性質(zhì)。原子由帶正電荷的原子核和在原子核的庫(kù)侖場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電的電子組成。核電荷數(shù)或原子序數(shù)Z，是組成原子核的質(zhì)子數(shù)。原子是非常微小的粒子。假設(shè)原子是球體的話(huà)，典型原子的直徑大約是10-8厘米， 質(zhì)量大約是10-23克。原子的概念最初是由英國(guó)化學(xué)家約翰?道爾頓提出的。1803年他發(fā)表“原子說(shuō)”，提出所有物質(zhì)都是由原子構(gòu)成。

原子的中心是一個(gè)微小的由核子(質(zhì)子和中子)組成的原子核，占據(jù)了整個(gè)原子的絕大部分質(zhì)量。原子核中的質(zhì)子和中子緊密地堆在一起，因此原子核的密度很大。質(zhì)子和中子的質(zhì)量大至相等，中子略高一些。質(zhì)子帶正電荷，中子不帶電荷，是電中性的。所以整個(gè)原子核是帶正電荷的。原子核即使和原子相比，還是非常細(xì)小的——比原子要小100,000倍。原子的大小主要是由最外電子層的大小所決定的。如有原子是一個(gè)足球場(chǎng)，那原子核就是場(chǎng)中央的一顆綠豆。所以原子幾乎是空的，被電子占據(jù)著。

放射性衰變是某些原子核（如鈾、釷、鐳-226、鉀-40等）
固有的核特征

電子是帶負(fù)電荷的。它們遠(yuǎn)比質(zhì)子和中子輕，質(zhì)量只有質(zhì)子的約1/1836。它們高速地圍著原子核運(yùn)轉(zhuǎn)。電子圍繞原子核的軌道并不都一樣。

在一顆電中性的原子中，質(zhì)子和電子的數(shù)目是一樣的。另一方面，中子的數(shù)目不一定等于質(zhì)子的數(shù)目。帶電荷的原子叫離子。電子數(shù)目比質(zhì)子小的原子帶正電荷，叫陽(yáng)離子。相反的原子帶負(fù)電荷，叫陰離子。金屬元素最外層電子一般小于四個(gè)，在反應(yīng)中易失去電子，趨向達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，成為陽(yáng)離子，非金屬元素最外層電子一般多于四個(gè)，在化學(xué)反應(yīng)中易得到電子，趨向達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，成為陰離子。

原子序決定了該原子是那個(gè)族或那類(lèi)元素。例如，碳原子是那些有6顆質(zhì)子的原子。所有相同原子序的原子在很多物理性質(zhì)都是一樣的，所顯示的化學(xué)反應(yīng)都一樣。質(zhì)子和中子數(shù)目的總和叫質(zhì)量數(shù)。

只有94種原子是天然存在的每種原子都有一個(gè)名稱(chēng)，每個(gè)名稱(chēng)都有一個(gè)縮寫(xiě)。俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫根據(jù)不同原子的化學(xué)性質(zhì)將它們排列在一張表中，這就是元素周期表。為紀(jì)念門(mén)捷列夫，第101號(hào)元素被命名為鍆。首11種原子（或元素）依次為氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖 和 鈉。它們的簡(jiǎn)寫(xiě)是H、He、Li、Be、B、C、N、O、F、Ne、Na。

德謨克列特

原子結(jié)構(gòu)發(fā)展史

前400年，希臘哲學(xué)家德謨克列特提出原子的概念。

1803年，英國(guó)物理學(xué)家約翰?道爾頓提出原子說(shuō)。

1833年，英國(guó)物理學(xué)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(xù)的粒子存在。

1874年，司通內(nèi)建議電解過(guò)程被交換的 粒子叫做電子。

1879年，克魯克斯從放電管(高電壓低氣壓的真空管)中發(fā)現(xiàn)陰極射線(xiàn)。

1886年，哥德斯坦從放電管中發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極射線(xiàn)。

1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆生證實(shí)陰極射線(xiàn)即陰極材料上釋放出的高速電子流,并測(cè)量出電子的荷質(zhì)比。e/m=1.7588×108 庫(kù)侖/克。

1909年，美國(guó)物理學(xué)家密立根的油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出電子之帶電量,并強(qiáng)化了“電子是粒子”的概念。

α粒子散射實(shí)驗(yàn)

1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原子有核，且原子核帶正電、質(zhì)量極大、體積很小。其條利用(粒子(即氦核)來(lái)撞擊金箔，發(fā)現(xiàn)大部分(99.9％)粒子直穿金箔，其中少數(shù)成大角度偏折，甚至極少數(shù)被反向折回(十萬(wàn)分之一)。

1913年，英國(guó)物理學(xué)家莫塞萊分析了元素的X射線(xiàn)標(biāo)識(shí)譜，建立原子序數(shù)的概念。

1913年，湯姆生之質(zhì)譜儀測(cè)量質(zhì)量數(shù) , 并發(fā)現(xiàn)同位素。

1919年，拉塞褔發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。其利用α粒子撞擊氮原子核與發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，接著又用α粒子撞擊棚 (B) 、氟 (F) 、鋁  、磷 (P) 核等也都能產(chǎn)生質(zhì)子,故推論“質(zhì)子”為元素之原子核共有成分。

1932年，英國(guó)物理學(xué)家乍得威克利用α粒子撞擊鈹原子核，發(fā)現(xiàn)了中子。

1935年，日本物理學(xué)家湯川秀樹(shù)建立了介子理論。

物理學(xué)家——道爾頓

道爾頓提出原子論，標(biāo)志著近代化學(xué)發(fā)展的開(kāi)始。因?yàn)榛瘜W(xué)作為一門(mén)重要的自然科學(xué)，它所要說(shuō)明的現(xiàn)象本質(zhì)正是原子的化合與化分。道爾頓的學(xué)說(shuō)已抓住了這一核心和本質(zhì)，主張用原子的化合與化分來(lái)說(shuō)明各種化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)定律間的內(nèi)在聯(lián)系。因此無(wú)論從廣度和深度上說(shuō)都是更加超過(guò)了燃燒的氧化學(xué)說(shuō)。

要了解道爾頓的原子學(xué)說(shuō)的提出，要溯源至古希臘時(shí)期的原子學(xué)說(shuō)。古希臘的哲學(xué)家留基伯首先提出了關(guān)于原子的學(xué)說(shuō)，后經(jīng)他的學(xué)生德謨克利特的進(jìn)一步 發(fā)展，形成了歐洲最早的樸素唯物主義的原子論，德謨克利特認(rèn)為：宇宙萬(wàn)物是由世界上最微小的、堅(jiān)硬的、不可入、不可分的物質(zhì)粒子構(gòu)成的，他將這種粒叫作“原子”。他認(rèn)為，原子在性質(zhì)上相同，但在形狀大小上卻是多種多樣的。萬(wàn)物之所以不同，就是由于萬(wàn)物本身的原子在數(shù)目、形狀和排列上各有不同，就是由于萬(wàn)物本身的原子在數(shù)目、形狀和排列上各有所不同。并且認(rèn)為，原子總在不斷運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)是原子本身所因有的性質(zhì)。無(wú)數(shù)的原子在空間中不斷運(yùn)動(dòng)、互相碰撞而形成世界及其中的事物。月、日、星辰是由原子構(gòu)成的，甚至人的靈魂也是由原子構(gòu)成的。由此可見(jiàn)，德謨克利特的原子論論證了世界的物質(zhì)性，對(duì)自然界的本質(zhì)提出了大膽而有創(chuàng)造性的臆測(cè)，比較深刻地說(shuō)明了物質(zhì)結(jié)構(gòu)，肯定了運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的屬性，因而具有重要的意義。

紅超巨星的剖面圖顯示出核合成和元素的形成

核合成

穩(wěn)定的質(zhì)子和電子在大爆炸后的一秒鐘內(nèi)出現(xiàn)。在接下來(lái)的三分鐘之內(nèi)，太初核合成產(chǎn)生了宇宙中大部分的氦、鋰和氘，有可能也產(chǎn)生了一些鈹和硼。在理論上，最初的原子（有束縛的電子）是在大爆炸后大約380,000 年產(chǎn)生的，這個(gè)時(shí)代稱(chēng)為重新結(jié)合，在這時(shí)宇宙已經(jīng)冷卻到足以使電子與原子核結(jié)合了.自從那時(shí)候開(kāi)始，原子核就開(kāi)始在恒星中通過(guò)核聚變的過(guò)程結(jié)合，產(chǎn)生直到鐵的元素。

地球

大部分組成地球及其居民的原子，都是在太陽(yáng)系剛形成的時(shí)候就已經(jīng)存在了。還有一部分的原子是核衰變的結(jié)果，它們的相對(duì)比例可以用來(lái)通過(guò)放射性定年法決定地球的年齡。大部分地殼中的氦都是α衰變的產(chǎn)物.

地球上有很少的原子既不是在一開(kāi)始就存在的，也不是放射性衰變的結(jié)果。碳-14是大氣中的宇宙射線(xiàn)所產(chǎn)生的。有些地球上的原子是核反應(yīng)堆或核爆炸的產(chǎn)物，要么是特意制造的，要么是副產(chǎn)物。在所有超鈾元素──原子序數(shù)大于92的元素中，只有钚和镎在地球中自然出現(xiàn)

理論形式

雖然原子序數(shù)大于82（鉛）的元素已經(jīng)知道是放射性的，但是對(duì)于原子序數(shù)大于103的元素，提出了“穩(wěn)定島”的概念。在這些超重元素中，可能有一個(gè)原子核相對(duì)來(lái)說(shuō)比其它原子核穩(wěn)定。最有可能的穩(wěn)定超重元素是Ubh，它有126 個(gè)質(zhì)子和184 個(gè)中子。

每一個(gè)粒子都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的反物質(zhì)粒子，電荷相反。因此，正電子就是帶有正電荷的反電子，反質(zhì)子就是與質(zhì)子對(duì)等，但帶有負(fù)電荷的粒子。不知道什么原因，在宇宙中反物質(zhì)是非常稀少的，因此在自然界中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何反原子。然而，1996年，在日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心，首次合成了反氫──氫的反物質(zhì)。

把原子中的質(zhì)子、中子或電子用相等電荷的其它粒子代替，可以形成奇異原子。例如，可以把電子用質(zhì)量更大的渺子代替，形成渺子原子。這些類(lèi)型的原子可以用來(lái)測(cè)試物理學(xué)的基本預(yù)言。

[1] 《核科學(xué)概論》

[2] 陳啟新等：《教材精析精練-物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（選修三）》，延邊教育出版社，第5～27及36頁(yè)

[3] 竺際舜等，2006年：《無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》，科學(xué)出版社，第87～92頁(yè)

[4] 陳榮三、黃孟建、錢(qián)可萍，1978年1月：《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)》，人民教育出版社，第2～26頁(yè)

[2] 索有搜索 http://www./baike/3184.htm 

[3] 數(shù)字搜索 http://number.cnki.net/show_result.aspx?searchword=%E5%8E%9F%E5%AD%90%E5%90%B8%E6%94%B6