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原子概念和原子结构模型的演变

人类对原子的认识史可以大致划分为5个阶段:(1)古代原子论;(2)道尔顿原子论;(3)汤姆生原子模型和卢瑟福原子模型;(4)波尔原子模型;(5)原子结构(核外电子运动)的量子力学模型。

(1)古代原子论

古希腊原子论有以下5个要点:

①所有物体都是由原子构成的。原子极小,看不到,不能继续被分割成更小的组成部分。

②原子之间是虚空。古希腊原子论者的“虚空”就是“真空”。

③原子完完全全是实实在在的固体。换句话说,原子内部不再有虚空。

④原子是均一的,或者说,是没有内部结构的。

⑤原子是不同的。即大小不同,形状不同,重量(质量)不同。

(2)道尔顿原子论

1805年道尔顿明确地提出了他的原子论,这个理论的要点有:每一种元素有一种原子(他称其为“简单原子”);同种原子质量相同,不同种原子质量不同;原子不可再分;一种原子不会转变为另一种原子;化学反应只是改变了原子的结合方式,使反应前的物质变成反应后的物质。道尔顿还创立了相对原子质量的概念,认为相对原子质量是一种原子不同于另一种原子的本质特征。正是道尔顿的原子的概念明确地与化学元素挂起钩来,道尔顿的原子论可称为“化学原子论”。道尔顿建立的化学原子论揭示了物质的组成和化学变化的本质,确立了化学组成和变化的定量基础,开创了化学的现代发展。图1-1是道尔顿用来表示原子的符号,是最早的元素符号。

 原子概念和原子结构模型的演变

(某些化合物的错误组成是由于错误的相对原子质量导致的)

图1-1道尔顿的(简单)原子和复合原子(分子)

(3)汤姆生原子模型和卢瑟福原子模型

1897年汤姆生发现原子中存在电子以后,又于1904年提出了一种原子模型,认为原子是一个平均分布着正电荷的粒子,其中镶嵌着许多电子,中和了正电荷,从而形成了中性原子。

1911年卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了“行星系式”原子模型:“在原子的中心有一个带正电荷的核,它的质量几乎等于原子的全部质量,电子在它的周围沿着不同的轨道运动,就像行星环绕太阳运转一样。电子在运转时产生的离心力和原子核对电子的吸引力达到平衡,因此电子能够与原子核保持一定的距离,正像行星和太阳保持一定的距离一样。原子越重,正电荷也就越大,电子数也越多。”

(4)波尔原子模型

卢瑟福的原子带核模型中没有原子核外电子的结构。1913年, 年轻的丹麦物理学家玻尔在总结当时最新的物理学发现(普朗克黑体辐射和量子概念、爱因斯坦光子论、卢瑟福原子带核模型等)的基础上建立了氢原子核外电子运动模型, 解释了氢原子光谱,后人称为玻尔理论,该理论的主要内容包括“行星模型”“定态假设”“量子化条件”“跃迁规则”等内容。波尔原子模型认为:电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。

(5)原子结构(核外电子运动)的量子力学模型

由于原子结构(核外电子运动)的量子学模型难度较大,在此不作专门讨论。

(责任编辑:化学自习室)
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