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原子，是长期以来人们认为的组成物质的最小单位，但随着电子的发现，人们意识到原子也是可以再分的。通过汤姆孙，卢瑟福，玻尔等人的建立的早期的原子模型。现在我们普遍认同原子是由核外电子和原子核组成的。 而各个元素的原子的大小当然是不同的，从下面图例，我们可以看出很清楚，随着原子序数的增大，原子半径也逐渐变大，但总体来说，各种元素原子的尺寸大小相差不超过量级。所以原子的大小不是都一样的，有尺寸的分布。 原子的半径和核外电子的多少，这是个竞争作用的关系。一方面当核电荷数增加了，其静电作用力会使原子半径变小，另一方面，当核外电子变多了，由于泡利不相容原理的限制，每一层上能够排布的电子数目是确定的，每一次层也具有可容纳电子数目。因此，随着电子数的增加，所排列的层数也会增加，这直接会导致原子的半径增加。总体从下图看起来，核外电子数多的，其原子半径会大一些。 所以泡利不相容原理保证了原子的多样性，和这个世界的多变性。不然所有原子都会大小相似，这个世界会变得非常无趣。 至于第二问题，原子是不是绝对圆？原子本来就是由原子核和核外电子组成的，玻尔早前定义核外电子是沿着圆形轨道运行，后来和索末菲修成成了椭圆轨道。随着量子力学的出现，核外电子，在不同区域出现的出现概率和范围是不确定的，其经常出现的区域称为电子云，形状也不再是圆形，而是有多种形状。 施郁 （复旦大学物理学系教授） 这个问题反映了题主的经典思维方式。 原子有原子核与电子组成，这是一个两体问题，两者在它们之间的库伦相互作用，也就电吸引力下运动，这个吸引力又与二者之间的距离的平方成反比。 从原子核的角度来看，电子在它周围运动，但是这个运动服从量子力学的规律，所以实际上是用量子波函数描述，在某个位置的波函数的大小的平方代表这个电子出现在这里的概率。 为了说明原子的大小，我们可以只考虑能量最低的波函数。这个波函数的分布是球对称的，只要距离原子和的距离一样，概率就一样。 所以可以考虑以原子核为球心的球面。这个球面上找到电子的总概率是先是随着电子与原子核的距离（也就是球面的半径）而增大，因为球面在增大啊，但是如果太大的话，波函数的大小变小了，所以在某个距离处，在球面上的概率最大。这个距离就可以代表原子的大小，或者说这个原子半径。所以并不是说到这个距离就到了原子的边界，事实上超出这个距离，概率只是逐步减小。 这个原子半径与原子核的电荷数（也就是原子序数）成反比，所以不同原子的大小不一样，随原子序数按照反比减小。 |
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