研究生课件-原子论概述.ppt

原子的早期历史（前6世纪～前450年）关于物质是由离散单元组成且能够被任意分割的概念流传了上千年，但这些想法只是基于抽象的、哲学的推理，而非实验和实证观察。现存最早关于原子的概念阐述可以追溯到公元前6世纪的古印度。正理派和胜论派发展了一种完备的理论来描述原子是如何组成更加复杂的物体（首先成对，然后三对再结合）。西方的文献则要晚一个世纪，是由留基伯提出，他的学生德谟克利特总结了他的观点。大约在公元前450年，德谟克利特创造了原子这个词语，意思就是不可切割。尽管印度和希腊的原子观仅仅是基于哲学上的理解，但现代科学界仍然沿用了由德谟克利特所创造的名称。前4世纪左右，中国哲学家墨翟在其著作《墨经》中也独立提出了物质有限可分的概念，并将最小的可分单位称之为“端”。原子的近代理论发展（1661至今）1661年，自然哲学家罗伯特·波义耳出版了《怀疑的化学家》(TheScepticalChemist)一书，他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的，而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。1789年，法国贵族，拉瓦锡定义了原子一词，从此，原子就用来表示化学变化中的最小的单位。1803年，英语教师及自然哲学家约翰·道尔顿(JohnDalton)用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈整数倍反应，即倍比定律(lawofmultipleproportions)。1827年，英国植物学家罗伯特·布朗（BotanistRobertBrown)在使用显微镜观察水面上灰尘的时候，发现它们进行着不规则运动，进一步证明了微粒学说。后来，这一现象被称为为布朗运动。1897年，在关于阴极射线的工作中，物理学家约瑟夫·汤姆生(J.J.Thomsom)发现了电子以及它的亚原子特性，粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想。汤姆生认为电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。这也叫做葡萄干布丁模型。1909年，在物理学家卢瑟福(ErnestRutherford)的指导下，研究者们用氦离子轰击金箔。他们意外的发现有很小一部分离子的偏转角度远远大于使用汤姆生假设所预测值。卢瑟福根据这个金铂实验的结果提出原子中大部分质量和正电荷都集中在位于原子中心的原子核当中，电子则像行星围绕太阳一样围绕着原子核。带正电的氦离子在穿越原子核附近时，就会被大角度的反射。1913年，在进行有关对放射性衰变产物的实验中，放射化学家弗雷德里克·索迪发现对于元素周期表中的每个位置，不仅仅只有一种原子。玛格丽特·陶德创造了同位素一词，来表示同一种元素中不同种类的原子。在进行关于离子气体的研究过程中，汤姆生发明了一种新技术，可以用来分离不同的同位素，最终导致了稳定同位素的发现。与此同时，物理学家玻尔(NielsBohr)重新省视了卢瑟福的模型，他认为电子应该位于确定的轨道之中，并且能够在不同轨道之间跳跃，而不是像先前认为那样可以自由的向内或向外移动。电子在这些固定轨道间跳跃时，必须吸收或者释放特定的能量。当热源产生的一束光穿过棱镜时，能够产生一个多彩的光谱。应用轨道跃迁的理论就能够很好的解释光谱中存在的位置不变的线条。1916年，吉尔伯特·路易斯(GilbertNewtonLewis)发现化学键的本质就是两个原子间电子的相互作用。众所周知，元素的化学性质按照周期律反覆的循环。1919年，美国化学家朗缪尔（IrvingLangmuir）提出原子中的电子以某种性质相互连接或者说相互聚集。一组电子占有一个特定的电子层。1926年，薛定谔（ErwinSchrouml;dinger）使用路易斯·德布罗意（LouisdeBroglie）于1924年提出的波粒二象性的假说，建立了一个原子的数学模型，用来将电子描述为一个三维波形。但是在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值。1926年，海森堡（WernerHeisenberg）建立了相关的方程，这也就是后来著名的测不准原理。这个概念描述的是，对于测量的某个位置，只能得到一个不确定的动量范围，反之亦然。尽管这个模型很难想像，但它能够解释一些以前观测到却不能解释的原子的性质，例如比氢更大的原子的谱线。因此，人们不再使用原子的行星模型，而更倾向于将原子轨道视为电子存在概率的区域。质谱的发明使得科学家可以直接测量原子的准确质量。质谱仪通过使用一个磁体来弯曲一束离子，而偏转量取决于原子的核质比。弗朗西斯·阿斯顿（FrancisWilliamAston）使用质谱证实了同位素有着不同的质量，并且同位素间的质量差都为一个整数，这被称为整数规则。1932年，詹姆斯·乍得威克（JamesCh