原子
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| 氦原子結構示意圖。圖中灰階顯示對應電子雲於1s電子軌域之機率密度函數的積分強度。而原子核僅為示意，質子以粉紅色、中子以紫色表示。事實上，原子核（與其中之核子的波函數）也是球型對稱的。（對於更複雜的原子核則非如此） | ||||||||
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原子是能区分出化学元素的最小粒子。典型原子的直径大约是10-8厘米，质量大约是1.67×10-24 至 4.52×10-22克。
目录 |
[编辑] 原子的构成
原子由一个极小的原子核和若干围绕着原子核运行的电子构成，这些电子被称为核外电子。原子的质量主要由原子核决定，体积主要由核外电子的运动范围决定。
构成原子的粒子有三种：
- 带一个单位负电荷的电子，质量大约是9.11x10-31千克。其大小属于量子尺度，根据测不准原理无法准确测出其大小与位置，仅能以波函数描述其分布。
- 带一个单位正电荷的质子，其自由质量约是电子质量的1836倍（1.67x10-27千克），但束缚能会使质子的质量减少。
- 不带电荷的中子，其自由质量约是电子质量的1839倍，并具有和质子近乎相同的物理大小。（直径大约在2.5x10-15米这一级别上，不过质子和中子的“表面”还没有非常明确的界定[來源請求]）
[编辑] 原子核
质子和中子构成原子核。原子核位于原子的中央，占据了整个原子的绝大部分质量，但仅有很小的体积，约占整个原子体积的100,000分之一。原子核中质子数也就是原子序数或核电荷数。例如，碳的原子核中含有6个质子，碳的原子序数就是6。原子核中質子数和中子数的总和叫做质量数。质子和中子緊密地堆在一起，因此原子核的密度很大。整个原子核是帶正电荷的。
[编辑] 核外电子
电子所带有的負電荷，与质子中的正电荷电量相等，电性相反。原子中電子和質子的數目是相等的，因此原子整体上呈电中性。核外电子根据其能量大小，属于不同的能级，可以用电子层这一形象的概念描述电子围绕原子核运动的情况。最接近原子核的电子层编号为1层，外面一层为2层，以此类推。核外电子在电子层中的排布通常满足以下规则：
- 每一层容纳的电子数最多为2n2个；
- 从最内层排起，排满一层再排下一层；
- 最外层电子数不大于8个；
- 倒数第二层的电子层不大于18个。
正是由于核外电子的排布不同，才使得不同元素的化学性质各异。而核外电子排布相近的元素化学性质也相近。例如氟，氯，溴，碘的最外层电子数都是7个，因而它们的化学性质相近，在元素周期表中也属于同一族。
原子在化学反应中通常会发生核外电子的迁移，使得核外电子数与质子数不相等。这时原子就变成了带电荷的离子。
[编辑] 同位素
同位素是指原子核中具有相同數目的質子，但中子數目不同的元素。例如氢元素有三种同位素：氕、氘和氚，它們原子核中都有1個質子，但中子数分别为0个，1个和2个。
同位素在元素周期表上佔有同一位置，化學性質幾乎相同。
[编辑] 原子結構理论發展史
“原子”一词来自希臘語άτομος或átomos，意为“不可分的”。然而现在人类已发现原子是由多种亚原子粒子组成的。这些粒子包括上面所提到的质子、中子和电子。目前，科学家认为质子和中子还由其他更基本的粒子组成。
現代的原子概念由英国化学家约翰·道尔顿提出。1803年他发表“原子说”，提出所有物质都由原子构成。1909年，欧内斯特·卢瑟福领导的金箔实验驗證了原子的存在。
- 前400年，希臘哲學家德謨克利特提出原子的概念。
- 1803年，英国物理学家约翰·道尔顿提出原子說。
- 1833年，英国物理学家法拉第提出法拉第電解定律，表明原子帶電，且電可能以不連續的粒子存在。
- 1874年，斯托尼(Stoney)建議電解過程被交換的粒子叫做電子。
- 1879年，克魯克斯從放電管(高電壓低氣壓的真空管)中發現陰極射線。
- 1886年，哥德斯坦從放電管中發現陽極射線。
- 1897年，英国物理学家汤姆生證實陰極射線即陰極材料上釋放出的高速電子流,並測量出電子的荷質比。e/m=1.7588×108 庫侖/克
- 1909年，美国物理学家密立根的油滴實驗測出電子之帶電量,並強化了「電子是粒子」的概念。
- 1911年，英国物理学家卢瑟福的α粒子散射實驗，發現原子有核，且原子核帶正電、質量極大、體積很小。其條利用α粒子(即氦核)來撞擊金箔，發現大部分(99.9％)粒子直穿金箔，其中少數成大角度偏折，甚至極少數被反向折回(十萬分之一)。
- 1913年，英国物理学家莫塞莱分析了元素的X射線标识谱，建立原子序数的概念。
- 1913年，汤姆生之質譜儀測量質量數 , 並發現同位素。
- 1919年，卢瑟福發現質子。其利用α粒子撞擊氮原子核與發現質子，接著又用α粒子撞擊棚 (B) 、氟 (F) 、鋁 (A1) 、磷 (P) 核等也都能產生質子,故推論「質子」為元素之原子核共有成分。
- 1932年，英国物理学家查德威克利用α粒子撞擊鈹原子核，發現了中子。
- 1935年，日本物理学家湯川秀樹建立了介子理論。
[编辑] 参阅
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| 基本粒子 | 費米子： 夸克：u · d · s · c · b · t ‧ 輕子：e- · e+ · μ- μ+ · τ- ·τ+ · νe·νμ · ντ 玻色子： 規範玻色子：γ · g · W± · Z0 |
| 合成粒子 | 強子： 重子/超子/核子：p · n · Δ · Λ · Σ · Ξ · Ω · 介子（列表）/夸克偶素：π · K · ρ · J/ψ · Υ 其它： 原子核 ‧ 原子 ‧ 奇異原子：電子偶素 ‧ 分子 |
| 假想的基本粒子 | 超對稱粒子：軸子 · 伴膠子 · 伴引力子 · 伴希格斯玻色子 · 中性微子 · 標量費米子 · 標量輕子 · 標量夸克 其他： 軸子 · 引力子 · 希格斯玻色子 · 迅子 · X·Y · W' · Z' |
| 假想的合成粒子 | 奇異強子： 奇異重子：五夸克態 ‧ 奇異介子：膠球 · 四夸克態 其它：介子分子 |
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