1樓:易書科技
原子的這個微觀世界又是怎樣的呢?原子是不是最小的微粒,能不能再分呢?
2023年,在英國科學家湯姆生髮現電子以後,人們開始揭示原子內部的祕密,認識到原子不是最小的微粒,而是具有複雜的結構,還可以再分。
在原子中,居於原子中心是原子核,原子核的周圍有若干個電子圍繞著它並運動著。這彷彿是一個「太陽系」,「太陽」是帶正電的原子核,繞著「太陽」轉的「行星」就是帶負電的電子。只是在這個「太陽」裡,支配一切的是強大的電磁力,而不是萬有引力。
原子核所帶電量和核外電子的電量相等,電性相反。原子不帶電性。不同類的原子,它們的原子核所帶的電荷數彼此不同。
在原子中,原子核只佔極小的一部分體積。原子核的半徑大約為原子半徑的萬分之一,原子核的體積只佔原子體積的幾千億分之一。這彷彿是一座十層大廈同一個櫻桃之比。
因此,相對來說,原子裡有一個很大的空間。電子在這個空間裡作高速的運動。
原子核雖小,但也有複雜的結構。湯姆生、盧瑟福和玻爾等為人們勾畫出一幅新的原子影象:原子核是原子的中心,電子繞原子核飛快地旋轉,形成一圈圈電子雲。
電子的軌道運動狀態改變時,原子就要發射或吸收光子。
原子核又是什麼組成的呢?恰德威克、湯川、鮑威爾等研究回答:是中子、質子、介子、超子等。
科學家認為,組成世界的基石是5種基本粒子:電子、質子、中子、光子和介子。到目前為止,基本粒子已增加到300多種。
質子和中子的質量幾乎相等,而電子質量卻小得多,只相當於質子質量的1/1836。所以,原子核的質量幾乎就等於整個原子的質量。
質子和中子的質量雖然相同,可是帶電情況不同。質子帶正電荷,中子不帶電荷,電子帶負電荷。
2023年,英國科學家莫斯萊系統地研究了各種元素的x射線。他藉助於一種叫做亞鐵***的晶體,攝取了多種元素的x射線譜。他發現,隨著元素在週期表中的排列順序依次增大,相應的特徵x射線的波長有規則地依次減小。
他認為,元素在週期表中不是按照原子量的大小而是按照原子序數排列的,原子序數等於原子的核電荷數。
莫斯萊的這個發現,第一次把元素在週期表裡的座位同原子結構科學地聯絡在一起了。
後來,在發現了質子和中子以後,人們終於認識到,決定一個元素在週期表中的位置的,只是它的原子核中的質子數。例如,氫元素的原子核裡只有一個質子,也就是核外有一個電子,它就排在週期表裡的第1位,氦原子核中含有兩個質子,也就是核外有2個電子,排在週期表裡的第2位……反過來也一樣,週期表裡第幾位上的元素,原子核裡一定有幾個質子。例如,氯是週期表裡的第17號元素。
它的原子核裡也就有17個質子,核外電子自然就是17個。
這個新發現,就揭開了週期表留下的幾個不解之謎。
前面說到,在週期表的第1週期裡,氫和氦之間隔著好大一塊空缺,會不會再有新元素?根據新發現,人們可以知道,氫、氦的質子數為1和2,中間肯定不會再有新元素了。
前面也說到,人對元素的順序倒置的謎,現在也得到了解決。原來,鉀原子核裡的質子數正好比氬多1,碘比碲多1,鎳又比鈷多1。所以氬和鉀、鈷和碘、鑽和鎳的順序完全正確,不存在什麼顛倒的問題。
可是,謎還未能徹底解開。因為絕大多數的元素都隨著原子序數的增大,隨著質子數的增多,原子量也相應增大。獨獨有幾對元素的原子量沒有按照這個順序增大,反而是原子量大的排在前面,而原子量小的排在後面,這是為什麼?
2樓:奇物紀
原子的內部是什麼樣的?微觀世界中的原子已包含了整個宇宙
原子有什麼奧祕?
3樓:北京理工大學出版社
盧瑟福發現原子的奧祕
早在古希臘時代,就有人提出,自然界天地萬物是由原子構成的。長期以來,人們一直認為原子是物質最小的單位,是不可分割的,它的形狀像個實心小球。而此時隨著科學的發展,一些科學家認識到原子內部還有著更小的單位,盧瑟福的老師湯姆遜就持這一種觀點。
他們認為,原子的模樣像西瓜,瓜瓣就像是原子內均勻分佈的正電荷,而瓜子就是電子。
「原子果真像老師所說的那樣嗎?」盧瑟福想通過實驗來**一下自己一直思索的這個問題。他想,如果原子果真像個西瓜,那麼,如果用比原子更小的粒子作「炮彈」來轟擊它,就一定很容易地穿過它而筆直地前進。
於是,他決定用一種叫做「α」的粒子作「炮彈」,來轟擊原子,看看會發生什麼情況。然而,要做這個實驗並不是一件容易的事。除了要設計一套專門儀器外,實驗本身就像是用機關槍掃射幾個散落在茫茫草原中的小核桃一樣的困難。
在年輕的助手和幾個學生幫助下,盧瑟福終於設計出了一個試驗裝置:一個「α」射線的放射源,就像一挺機關槍,一個金屬箔作靶子,就像放核桃的草地,在它的旁邊放一個硫化鋅的熒光屏,屏後安裝一架顯微鏡,來觀察實驗的情況。實驗開始了,發射源發射出的「α」粒子「炮彈」,以每秒2000米的速度穿過金屬箔,在漆黑的實驗室裡,熒光屏上出現了點點閃光。
「這是怎麼回事呢?」學生們問道。「這說明絕大多數粒子穿過金屬靶子飛走了,只有個別α粒子被彈了回來。
」盧瑟福說。
可這意味著什麼呢?盧瑟福陷入了沉思。實驗使盧瑟福感到驚歎,他開始了連續不停的實驗和思考,像著了魔一樣整日整夜地呆在實驗室裡。
管理實驗大樓的工友搞不清他是否離開過,他的妻子兒女也難得見他一面。一天清晨,盧瑟福興沖沖地衝進了辦公室,對著正在整理東西的助手,大聲地說道:「我知道了,我知道了。
原子到底是什麼樣子我知道了。」略一停頓,他又說:「它大致可以設想為一個小的太陽系。
」助手怔怔地看著他,聳了聳肩說:「什麼?您是說我們在一個看不見的世界裡當了普羅米修斯嗎?
」「是的,就像是太陽系,」盧瑟福繼續解釋道,「原子既不是像小實心球,也不像西瓜,它的中心有個小的、帶陽電的核,而帶陰電的電子在圍繞著這個核飛轉。這就如同:原子核是太陽,電子就像行星,繞著太陽轉……」「那麼,α粒子被彈回來的現象怎麼解釋呢?
」助手問他。「這是因為原子內部大部分是空隙,所以比原子更小的粒子能很容易穿過;又因為當中有個核,α粒子碰上這個堅硬的核就會被彈了回來。」由於受到了這個實驗的啟發,2023年,盧瑟福提出了一個原子模型。
他認為,原於像一個小太陽系,每個原子都有一個極小的核,核的直徑在10-12釐米左右,這個核幾乎集中了原子的全部質量,並帶有若干個正電荷,原子核外有電子繞核旋轉,所以一般情況下,原子顯中性。
盧瑟福發現了原子核以後,進一步用各種金屬做「粒子散射實驗」,發現不同的金屬對粒子的散射能力不同,散射能力越強,證明核帶的正電荷越多,因而斥力也就越大。2023年,盧瑟福的學生和助手莫斯萊,在盧瑟福指導下,證明各種不同元素原子核所帶的電荷數,正好等於它們的原子序數。盧瑟福的原子模型,成功地解釋了許多物理化學現象。
2023年,盧瑟福用人為的方法第一次**了原子,他用α粒子轟擊氮原子,使它變成了一個氧原子和一個氫原子。2023年,在他的指導下,兩個年輕研究人員瓦耳順和科克拉夫特設計出了一架巨型原子搗碎機,用這架儀器,他們把輕金屬鋰轉變為氦。2023年,62歲的盧瑟福仍在不知疲倦地進行著研究工作。
就在這一年,他又發現和命名了質子——氫原子核,並預言核記憶體在著中子。
由於他卓越的成就和影響,多種榮譽和獎賞不斷向他湧來。英國皇家學會授予他最高獎章——科柏萊獎章。幾十所大學和科學團體爭相授予他榮譽學位和學籍。
在巨大的榮譽面前,盧瑟福仍然保持著謙虛的態度,從不誇耀自己的成績。2023年10月,盧瑟福由於長期緊張地工作,積勞成疾,在英國劍橋醫院與世長辭。為紀念這位傑出的科學家,英國皇家學會在一所實驗室門前,為他雕塑了一座半身銅像。
每年都有很多人來到他的墓碑前,向這位揭開原子祕密的先驅者表示深深的懷念與敬意。
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