原子模型的歷史演變

原子模型的歷史演變第一頁，共十七頁，2022年，8月28日前言早在幾千年前，人們就有物質(zhì)是由離散單元組成且能夠被任意分割的概念，但這些想法只是基于抽象的、哲學(xué)的推理，而非實驗和實驗觀察。隨著時間的推移以及文化及學(xué)派的轉(zhuǎn)變，哲學(xué)上原子的性質(zhì)也有著很大的改變。由古希臘人留基伯（公元前500—約公元前440年）提出的原子論讓原子的性質(zhì)有哲學(xué)上轉(zhuǎn)為科學(xué)上。第二頁，共十七頁，2022年，8月28日隨后留基伯的學(xué)生德謨克利特認為,萬物的本原或根本元素是“原子”和“虛空”。其中“原子”在希臘文中是“不可分”的意思。德謨克利特用這一概念來指稱構(gòu)成具體事物的最基本的物質(zhì)微粒。在這時原子由哲學(xué)上的概念轉(zhuǎn)為科學(xué)上的物質(zhì)。第三頁，共十七頁，2022年，8月28日原子模型的發(fā)展

從原子的提出到現(xiàn)在，原子模型的發(fā)展經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段。先是1808年由道爾頓提出的道爾頓模型：原子是一個堅硬的小球；然后是1879年由湯姆生提出的湯姆生模型：原子是一個帶正電荷的球，電子鑲嵌在里面，原子好似一塊“不滿漿果的松糕”（也叫松糕模型）；再到1911年湯姆生的學(xué)生盧瑟福提出的盧瑟福模型：原子的大部分體積是空的，電子隨意的圍繞著一個帶正電荷的很小的原子核運轉(zhuǎn)；接著就是1913年波爾提出的波爾模型：電子不是隨意占據(jù)在原子核的周圍，而是在固定的層面上運動，當(dāng)電子從一個層面躍遷到另一個層面時，原子便吸收或釋放能量；最后就是20世紀20年代以來現(xiàn)代模型（電子云模型）電子繞核運動形成一個帶負電荷的云團，在一個確定電子的時刻不能精確測定電子的確切位置第四頁，共十七頁，2022年，8月28日道爾頓模型約翰·道爾頓（公元1766～公元1844）英國化學(xué)家和物理學(xué)家，在19世紀初把原子假說引入了科學(xué)主流。他所提供的關(guān)鍵的學(xué)說，使化學(xué)領(lǐng)域自那時以來有了巨大的進展。附帶一提的是道爾頓患有色盲癥。第五頁，共十七頁，2022年，8月28日道爾頓模型理論總結(jié)為如下三點：①原子都是不能再分的粒子；②同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同；③原子是微小的實心球體。第六頁，共十七頁，2022年，8月28日湯姆生模型約瑟夫·約翰·湯拇遜1856年—1940年，著名的英國物理學(xué)家，以其對電子和同位素的實驗著稱。他是電子發(fā)現(xiàn)者、第三任卡文迪許實險室主任。1897年湯姆生在研究稀薄氣體放電的實驗中，證明了電子的存在并測定了電子的荷質(zhì)比，這一試驗轟動了物理界。

第七頁，共十七頁，2022年，8月28日湯姆生的松糕模型①電子是平均的分布在整個原子上的，就如同散布在一個均勻的正電荷的海洋之中，它們的負電荷與那些正電荷相互抵消。②在受到激發(fā)時，電子會離開原子，產(chǎn)生陰極射線。第八頁，共十七頁，2022年，8月28日湯姆生模型存在的缺陷湯姆生提出的湯姆生模型已經(jīng)比道爾頓模型更進一步，說明了原子并不是不能再分的物質(zhì)，原子里還有正電荷和負電荷，但這也說明湯姆生模型的局限性，那就是只能說明了原子中有電子的存在和電子帶負電,不能正確表示原子的結(jié)構(gòu)。后來盧瑟福提出的原子模型就完善了這個缺陷。第九頁，共十七頁，2022年，8月28日盧瑟福模型歐內(nèi)斯特·盧瑟福生于1871年，卒于1937年。是新西蘭科學(xué)家。1895年在新西蘭大學(xué)畢業(yè)后，獲得英國劍橋大學(xué)的獎學(xué)金進入卡文迪許實驗室，成為湯姆孫的研究生。提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型，為原子結(jié)構(gòu)的研究做出很大的貢獻。被稱為近代原子核物理學(xué)之父。第十頁，共十七頁，2022年，8月28日盧瑟福模型的發(fā)現(xiàn)

1911年，盧瑟福根據(jù)α粒子散射實驗現(xiàn)象提出原子核式結(jié)構(gòu)模型。1919年，盧瑟福做了用α粒子轟擊氮核的實驗。他從氮核中打出的一種粒子，并測定了它的電荷與質(zhì)量，它的電荷量為一個單位，質(zhì)量也為一個單位，而這個粒子就是質(zhì)子。他通過α粒子為物質(zhì)所散射的研究，無可辯駁的論證了原子的核模型，因而一舉把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，而且還導(dǎo)致玻爾提出背離經(jīng)典物理學(xué)的革命性的量子假設(shè)，成為量子力學(xué)的先驅(qū)。第十一頁，共十七頁，2022年，8月28日①原子的大部分體積是空的；②在原子的中心有一個很小的原子核；③原子的全部正電荷在原子核內(nèi)，且?guī)缀跞抠|(zhì)量均集中在原子核內(nèi)部。帶負電的電子在核空間進行繞核運動。第十二頁，共十七頁，2022年，8月28日玻爾模型玻爾出生在哥本哈根的一個教授家庭，1911年獲哥本哈根大學(xué)博士學(xué)位。1912年3-7月曾在盧瑟福的實驗室進修，在這期間孕育了他的原子理論。玻爾首先把普朗克的量子假說推廣到原子內(nèi)部的能量，來解決盧瑟福原子模型在穩(wěn)定性方面的困難第十三頁，共十七頁，2022年，8月28日①行星模型：氫原子核外電子是處在一定的線性軌道上繞核運行的，正如太陽系的行星繞太陽運行一樣。②定態(tài)假設(shè)氫原子的核外電子在軌道上運行時具有一定的、不變的能量，不會釋放能量，這種狀態(tài)被稱為定態(tài)。能量最低的定態(tài)叫做基態(tài)；能量高于基態(tài)的定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。③量子化條件氫原子核外電子的軌道不是連續(xù)的，而是分立的。④躍遷規(guī)則電子吸收光子就會躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)，反過來，激發(fā)態(tài)的電子會放出光子，返回基態(tài)或能量較低的激發(fā)態(tài)；光子的能量為躍遷前后兩個能量之差第十四頁，共十七頁，2022年，8月28日現(xiàn)代模型（電子云模型）到了近代，人們對原子的認識又更進一步，提出了電子云模型。電子云是1926年奧地利學(xué)者薛定諤在德布羅伊關(guān)系式的基礎(chǔ)上，對電子的運動做了適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，提出了二階偏微分的的著名的薛定諤方程式，這條薛定諤為今后的量子力學(xué)奠定了堅實的基礎(chǔ)。第十五頁，共十七頁，2022年，8月28日也就是在玻爾模型的基礎(chǔ)上對電子用統(tǒng)計的方法，在核外空間分布方式的形象描繪，因為電子具有有波粒二象性，它不像宏觀物體的運動那樣有確定的軌道，因此畫不出它的運動軌跡。第十六頁，共十七頁，2