3原子的有核結構
原子的有核結構
物質在固體狀態下平均每個原子所占體積相近的特點是與原子的結構有著密切的聯係的。一般說來，原子的直徑大約是1埃；原子中心有一個帶正電的原子核，原子核帶的正電是單位正電荷的整數倍，這個整數就是這種原子的原子序數；在原子核的周圍有原子序數個帶負電的電子在圍繞它運動；原子核很重，原子核外的電子的總質量隻占原子質量的萬分之二到萬分之六；原子核的直徑大約是十萬分之幾埃，而一個電子的直徑則小於一億分之一埃。如果把原子放大到一個足球場那樣大，原子核就像一粒小米到黃豆那麼大，而電子就比最細的土粉還要細。由此可見，原子內部的結構情況是很稀鬆的，物質粒子所占的空間隻是原子所占空間的很小的一部分。
“布丁模型”和“行星模型”
然而，原子的這種類似太陽係的內部結構並不是一開始就被確立起來的。1897年，英國物理學家湯姆生（JosephJohnThomson）通過演示在真空管放電時，陰極所發出的粒子可以被電場所偏轉，從而確定了人類認識到的最早的幾種粒子之一——電子的存在。
到了20世紀初，人們通過許多實驗的結果已經認識到原子並不是不可再分的，在一定條件下原子會放出電子。因此，原子應當是由電子和與電子電量中和的帶正電的部分構成的。當時湯姆生認為正電荷在原子中均勻分布，而電子則散布在其中，被稱為原子結構的“布丁模型”（見圖1-1）。與此同時，來自新西蘭的英國物理學家盧瑟福（ErnestRutherford）利用a粒子（氦的原子核，帶兩個單位正電荷，質量約為4個原子單位，即約為質子的4倍）去轟擊金屬箔做成的靶。a粒子帶正電，當它射入到原子內部時，由於與原子中帶正電的部分和電子之間存在的庫侖力的共同作用，會產生散射，使它在射出原子時方向偏離原來的入射方向。如果原子內部的正電荷像湯姆生所認為的那樣是均勻地分布在原子內部的，那麼通過計算可以證明，散射的角度，即a粒子的出射方向與入射方向之間的夾角是很小的。若要達到1°左右的偏轉角度，a粒子在金屬箔中前進時必須與金屬原子碰撞許多次；而要達到90°左右的散射角的幾率幾乎等於零。然而，盧瑟福的實驗顯示出a粒子通過金屬靶時的大角度的散射的幾率遠遠大於湯姆生模型給出的結果，甚至存在有的a粒子的散射角度達到了180°左右（見圖1-2所示的示意圖），而這對於“布丁模型”來說幾乎是不可能的。就好像高射炮的炮彈打中了蚊子後被彈回來了。據此，盧瑟福提出了原子結構的另外一個模型，“行星模型”（見圖1-1）。他認為原子核雖然包含了幾乎全部的原
子質量，但它所占有的體積卻是原子中很小的一部分；原子核處於原子的中心，而電子就像行星環繞太陽一樣環繞帶正電的原子核運動。“行星模型”的最重要的意義是揭示了原子內部的核式結構。在此基礎上，逐漸發展成我們今天所熟知的原子結構的圖象。
原子核
各種元素原子之間的不同首先表現在原子核的不同，從而決定在原子核的周圍運動的電子數目也不同，但各種元素的原子所占的體積大體是相同的。原子核是由質子和中子組成，質子帶一個單位正電荷，中子不帶電。質子的質量大約是電子的1836.15倍，也是人們最早認識的粒子之一；中子的質量比質子略重，大約是電子的1838.68倍，是英國物理學家查德威克（JamesChadwick）於1932年發現的。原子序數就是指原子核中質子的數目，原子量近似地是原子核中質子數和中子數之和。原子的化學性質主要由原子序數決定，質子數相同而中子數不同的原子是同一種化學元素的不同的同位素，化學中測定的各種元素的原子量實際是該種元素的各同位素原子量按其所占比例的平均值。