【10】原子结构

      原子的单词是atom，源自希腊语，是不可再分的意思。而电子的发现说明了原子不是组成物质的最小微粒，对揭示原子结构有重大意义。

      关于电子的发现，得从对阴极射线的研究开始说起。对阴极射线的本质的认识有两种观点：一种认为阴极射线是电磁辐射，一种认为是带电微粒。之所以会有这么两种观点，是因为有的物理学家用点状的阴极发出阴极射线，并在阴极和阳极之间放置障碍物进行实验，在产生荧光的管壁上就会出现障碍物的清晰的影子，这就证明了阴极射线是直线传播的。进一步根据阴极射线为磁场偏转的事实，提出阴极射线是带电微粒的说法。而有的物理学家把阴极做的很大，在阴极和阳极之间放的障碍物又很小，结果发现管壁上出现了障碍物模糊的阴影，即阴极射线发生了明显的衍射。因此，认为阴极射线是一种电磁波。

      有很多的物理学家对阴极射线做了大量研究，赫兹也是其中一位，但由于当时的阴极射线管真空度还不高，低真空是电导体，其中静电场建立不起来。所以在实验的结果中没有看到阴极射线的偏转。

      英国物理学家J.J.汤姆孙则认为阴极射线是带电粒子流，并从实验中得到了证实，并求得其比荷。

      汤姆孙发现，换用不同材料的阴极做实验，得到的比荷的数值是相同的。这就说明不同物质都能发射这种粒子，它是构成各种物质的共有成分。在进一步的实验研究中发现，这种粒子的电荷量大小与氢离子的电荷量大致相同，比荷是氢离子比荷的近两千倍。后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。

      发现电子以后，汤姆孙又进一步研究了许多新现象，他发现，不论阴极射线，光电流还是热离子流……，它们都包含电子。证明了电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元。

      知道了原子可再分，那原子中正负电荷如何分布呢？汤姆孙提出了一种模型，被称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。这个模型在解释a粒子散射实验的时候遇到了困难……

      在a粒子散射实验中，发现少数a粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，说明这些a粒子在原子中的某个地方受到了质量、电量均比它本身大的多的物体的作用。于是在1911年卢瑟福提出了原子的核式结构模型，认为原子的质量和电量都集中在体积很小的核上。

      原子的核式结构模型很好的解释了a粒子散射实验，却无法解释原子的稳定性和原子光谱的分立特性。这一模型的不完善，预示着，对原子世界需要有一个不同于经典物理学的新理论。

      玻尔原子理论成功解释了氢光谱的实验规律。提出了轨道假设、能级假设和跃迁假设。其中，能级假设是针对原子的稳定性提出的，它承认核式结构，但假定原子只能处于不系列不连续的稳定状态中。跃迁假设是针对原子光谱是线状光谱提出的。

      玻尔的原子理论是一种半经典的理论，一方面引入量子假设，一方面又应用经典理论计算电子轨道半径和能量。因此，在解释复杂的微观现象时还是会遇到困难。

      建立在量子力学基础上的原子理论与玻尔理论的区别是，根据量子力学，核外电子的运动服从统计规律，没有固定的轨道，只知道它在核外某处出现的几率大小，这种情况可用“电子云”来描述。

      在原子结构问题上，人们还在不断的探索与研究中……