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通俗讲义:人类对原子的初步认识

大约两千三百多年以前,我国战国时期的思想家庄子、惠施等人就有议论:一尺之棰,日取其半,万世不竭。他们朴素地认为物质是无限可分的。

但这只是一种哲学幻想,缺乏科学依据。假定有一根1m长的木棒,日取其半,33天后,其尺寸已相当于今天知道的原子。

1×(1/2)33=1.2×10-10m

如果真有这么一把锯子,这时候已经不是锯木头而是锯原子了。

比庄子早约一百年的思想家墨子则认为物质分割是有条件的,如果没有被分割的条件,物质就不能被分割。这种不能再被分割的部分,墨子称其为“端”。

与墨子同时代的古希腊哲学家德谟克利特则提出古典原子论,认为物质由极小的被称为“原子(AOM)”的微粒构成,物质只能分割到原子为止。德谟克利特的哲学思想对现代自然科学具有深远的影响。

但古典哲学家的理论实际上在当时都是缺少实验支撑的。

到了公元18世纪,俄国人罗蒙诺索夫、法国人拉瓦锡等人推翻了“燃素说”,并发现了质量守恒定律。化学反应中反应物质量总和等于生成物质量总和。

他们是通过大量实验来证明这一定律的。实验条件包括精密的量器天平。据说拉瓦锡当年使用的天平精度还是不够理想。

谁从理论上来解释质量守恒?巨人应运而生,英国人道尔顿在19世纪初提出了他的近代原子论,认为元素由原子构成,在化学反应中原子的种类和数目不发生变化。

如:P4+5O2→P4O10

道尔顿原子学说的要点是:(1)化学元素由不可分的微粒——原子构成,它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。(2)同种元素的原子性质和质量都相同,不同元素原子的性质和质量各不相同。(3)不同元素化合时,原子以简单整数比结合。

有人称道尔顿是近代化学之父(奠基人)。他继承了德谟克利特的古典原子论,并依据了别人和自己的实验,赋予其新的内涵。可惜他一没看到庄子的学说,二没有新的实验依据,仍认为原子是不可分割的,在他眼里原子可能是一个极小的实心球。

科学在发展,实验条件不断被创新。道尔顿之后,在十九世纪末、二十世纪初科学界接连出现了关于物质结构的几大重要发现。

一是英国人汤姆逊通过阴极射线管发现了电子。物质在通常情况下显电中性,既然物质中存在带负电的电子,一定还有带正电荷的部分。汤姆逊由此提出了原子的草 莓布丁模型。他认为原子中的正电荷均匀地分布在整个原子的球形体内,电子则均匀地分布在正电荷之间。这比道尔顿的实心球进了一大步。

二是德国人伦琴发现了X射线,并直接促成了法国人贝可勒尔发现铀的放射性。后来证明铀原子放出的射线包括α射线(即氦原子核流)、β射线(即电子流)。这些发现已足以说明原子是可以再分割的。

贝可勒尔首先想到的是在荧光中是否也会有肉眼看不见的射线,他用被阳光照射后能发出荧光的铀盐进行该项实验。碰巧连日阴雨,实验无法进行,贝可勒尔将铀盐 晶体放在阴暗的抽屉中。偶然被放在同一处的照相底片在没被太阳光照射的情况下也感光了,由此发现了铀的放射性。有人说贝可勒尔运气好,但运气是为有准备的 人留着的。

原子半径和质量都极小,如碳原子的半径仅为1.6×10-10m,质量仅为2×10-27kg,看不见摸不着,如何探测原子是科学家孜孜以求的大难题。知道α粒子是He2+后,英国人卢瑟福意识到利用α粒子流的可能性。1909年,卢瑟福等人用α粒子轰击金箔(也轰过铝箔)。金是延展性最好的金属,其薄可达10-7m, 但仍相当于1000个原子堆积的厚度。却发现大部分α粒子能穿过金薄,“如过无人之境”。这说明金原子是“空”的,不是实心球也不是嵌了草莓的面包,只是 一个个“无皮气球”。同时有少量α粒子被金箔反向或侧向弹回,说明金原子中间还是有高质量的物质。卢瑟福认为原子中间的高质量物质是原子核。根据实验数据 和力学计算,原子的质量几乎全部集中在原子核。后来知道原子核的半径比原子还小四个数量级。

1911年卢瑟福提出了原子结构的行星模型:原子由带正电荷的质量很集中的体积很小的原子核和在它周围高速运动的带负电荷的电子组成,原子象一个行星绕太阳运转的体系。

十几年后,卢瑟福的原子结构行星模型又被奥地利人薛定谔提出的电子云模型替代了。

问题:按时间先后顺序排列下列事件:________________(依次写字母)

(A)英国物理学家卢瑟福提出原子结构的行星模型

(B)英国科学家道尔顿提出原子论

(C)希腊哲学家德谟克利特提出原子论

(D)法国人贝可勒尔发现了铀的放射性

(E)法国人拉瓦锡确立质量守恒定律

这些科学史上的重大事件,发生的时间顺序几乎是不可颠倒的,后人是站在前人的肩膀上攀登科学新高峰的。比如道尔顿的原子论不可能发生在贝可勒尔的发现之后,那时候道尔顿还不知道原子是可分的。

答:CEBDA

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