原子大体上是空旷的,要是把原子比作地球的大小,已知地球的直径约1.2万千米,原子核的直径大约是原子直径的万分之一,那么类比于地球大小的原子,原子核直径约1千米。 在19世纪末,科学家已经普遍认同了原子是最小的物质组成单位。但剑桥大学的JJ汤姆孙率先发现了电子,表明原子是由更小的粒子组成的。他的学生卢瑟福通过阿尔法粒子散射实验证明了,原子的正电荷都聚集在一个体积极小而质量很大的核心上,这就是原子核。 原子的大小在10^-10米,也就是1埃,而原子核尺度大约是原子的万分之一,在10^-15至10^-14米左右。原子中电子的质量相比下微乎其微,电子分布在远离原子核的空旷空间里。原子中的全部正电荷和99.9%的质量都集中在原子核上,而后续继续发展的核物理学研究发现,这小小的原子核却蕴含着巨大的能量。 大部分人都知道原子由原子核与核外电子构成,而且原子核的质量占了整个原子的大多数,但具体原子核在原子中有多大,和整个原子比较又如何这确实不容易想象! 原子模型的发展过程其实问这样的问题并没有什么显的没文化这一说,因为回头看看物理学史许多科学家在这个问题上也是“摸不着头脑”。
随后他的学生进一步将其完善形成了现在我们中学物理所学的波尔模型!
原子核与整个原子相比接下来我们的讨论就建立在电子云模型的基础上!据现代研究表明原子核的体积极小!直径只有10^-15m~10^-14m,只占原子体积的几千亿分之一!但是它的质量却不容忽视,它占了99.96%以上原子的质量,可以说是个头虽小但有干货呀!
原子虽然是组成元素物质的最小单位,但它里面也是非常空旷的,如果把地球看成一个原子的话,那么原子核通常也就相当于一个摩天大楼那么大,电子则大约只有棒球那么大(通常表现为电子云状态)。 物理学家们通过观测发现原子的大小数量级为10^-10(10的-10次方)米,但原子核大小的数量级则为10^-15(10的-15次方)米,相差5个数量级,不过这个数值也并非固定的,不同的元素的原子会有一定的幅度浮动,其原子核的浮动范围在10^-14到10^-16米之间,我们都知道我们地球的直径为12742公里,那么我们取中间的数值将其减少五个数量级,就成了127.42米,其浮动幅度范围在1274.2米和12.742米之间。 这也就是说,如果把原子体积形容为一个地球那么大,那么原子核的大小顶多只有直径一公里左右,小的话仅相当于一座五层楼房,而电子的体积大概就在棒球到直径一米的球体之间。除此之外就是虚无的,由此我们也可以看到,原子的内部空间有多么的空旷了。 如上都是体积上面的比较,其实质量上面的比较更科学一些,通常在一个原子之中,原子核的质量会占到99.9%,电子的质量则只有0.1%左右。那么这样看起来的话,其实一个原子就好像我们的太阳系一样。 在太阳系中,太阳的质量占到了99.86%,其他的可见物质只占了0.14%,这几乎就是一个标准的原子质量模型,而我们的地球只有太阳的33万分之一,这还比不上原子核与电子的质量对比,但考虑到太阳系还有其他七大行星以及一些矮行星等,那么质量的比例也就近似于原子核与电子的比例了,这样来看的话,宇宙万物中的一些现象也有相通之处呀。 对于原子而言,原子核之外还有电子,原子核要比原子小得多。不同的元素,包含了不同的质子、中子和电子,所以它们的大小也是不一样的。另外,原子的半径依据不同的定义,比如玻尔半径、范德华半径,也有不同的大小。下面以氢原子为例做个简单说明。
氢原子的玻尔半径约为5.3×10^-11米,即0.053纳米。氢原子核(即质子)的半径约为8.8×10^-16米,即0.88飞米。对比可知,氢原子的玻尔半径大约是原子核半径的6万倍。
假如氢原子大如半径约为6400公里的地球,那么,原子核的半径也只有107米,这个长度相当于35层楼的高度。如果在远处用肉眼看地球,比如在400公里外的太空中,根本就看不到放大后的原子核。要知道,即便是海拔超过8.8公里的珠穆朗玛峰在太空中看起来也只是地球上的一块小疙瘩。
虽然原子核相比原子的尺度要小得多,但由于质子和中子的质量高达电子质量的1800多倍,所以原子的质量几乎全都集中在原子核上。以氢为例,氢原子核的质量占到了氢原子总质量的99.95%。 原子由原子核及核外电子组成,原子内部空间极其空旷,原子核体积只占原子总体积的千亿分之一,但大量的质量99%的质量集中在了原子核上。 原子核由质子与中子构成,强核力使它们牢牢的“捆绑”在一起,密度极大,达到了10^17kg/m^3,这是什么概念呢? 1m^3的空间如果全部用来装原子核的话,可以装10^17kg这么多,也就是一百万亿吨,由此可以知道,中子星上的物质为啥都那么重了吧。 原子的直径的数量级大约在10^(-10)m,原子核的直径在10^(-15)m。 地球的直径是12742千米,简单的计算就可以知道,将原子比作地球模样,那么原子核的大小就像是一个半径仅为50米左右的球体。不过由于不同的原子直径的数量级不同,所以,取值也会有浮动。 有的人会有疑问,原子内部如此空旷,为何不挤在一起,却浪费那么大的空间? 因为核外电子是费米子,泡利不相容原理要求,“不可能有两个同样的费米子拥有同样的量子态”。它们分布在不同的能级上,随机的出现在原子某个角落里,用电子云模型来描述。
谢谢悟空。题主这个问法比较有个性,与众不同,不过这种问法不太好,为什么呢?因为地球太大,我们无法想象地球有多大,所以比较起来没有一个感性上的认知。 我们通常会打这样的比方,比方原子有北京的鸟巢体育馆那么大,那么原子核有多大呢?原子核就相当于体育馆中间操场上放置的一个铅球那么大。这样的比方呢,我感觉比题主的比方更容易让人感知原子与原子核的大小比例关系。原子和分子直径的数量级为10的-10次方,而原子核的直径数量级为10的-15次方。数量级上原子是原子核的10万倍。而电子的质量与体积非常的小,因此原子内部是非常空旷的。电子绕着原子核高速的旋转,但是没有固定的轨道,只有统计方面的规律,例如在某个区域出现的频率比较高,就表现为不同的电子云,原子也就对应表现为不同的能级。(氢原子电子云)
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来自: 成靖 > 《医学探讨/新发现等》