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1803年，英国自然科学家约翰·道尔顿提出了原子的实心球模型，认为原子是一个不可再分的坚硬实心小球，第一次将原子从哲学带入化学研究中，让化学从古老的炼金术中摆脱出来。 实心球体原子模型 1903年，J.J.汤姆森提出原子的葡萄干圆面包模型，认为原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，并在其平衡位置上做微小振动。你可以把这个模型想象成西瓜子分布在西瓜瓤中，叫“西瓜模型”也可以。葡萄干圆面包原子模型为建立现代原子核理论打下了基础。 葡萄干圆面包原子模型 1909年，汉斯·盖革和恩斯特·马斯登(Jishi.Y)在欧内斯特·卢瑟福指导下，用α射线轰击薄金箔，发现绝大多数的α粒子都直接穿过，偏转很小，大约有1/8000的α粒子会发生大于90°甚至等于150°的大角散射。依据葡萄干圆面包模型，α粒子应当被全部反弹回来，而不是穿“墙”而过。 α粒子散射实验 1911年，英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验，提出了原子结构的行星模型，认为电子像太阳系的行星围绕太阳转那样，围绕着原子核旋转。星系模型很快就遇到了大麻烦。根据经典电磁理论，绕核旋转的电子会发射出电磁辐射而损失能量，瞬间便掉进原子核里。行星原子模型明显与实际情况相悖，卢瑟福很是头疼。 行星原子模型 1912年，玻尔在卢瑟福行星模型的基础上，引入了普朗克的量子概念，假设电子在核外的轨道是分离的、不连续的，也就是量子化的。量子轨道原子模型将量子假说推广到原子内部的能量，假定原子只能通过分离的能量子来改变它的能量，即原子只能处在分离的定态轨道之中，且最低的定态就是原子的正常态。 量子化轨道原子模型给出了这样的原子图像：电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远则能量愈高；可能的轨道由电子的角动量为h/2π的整数倍决定；当电子在这些可能的轨道上运动时，原子不发射也不吸收能量；当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，原子才发射或吸收能量，且发射或吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间关系，用公式E=hν表达。以氢原子为例，假设氢原子核外电子的轨道不是连续的，而是分立的，在轨道上运行的电子具有一定的角动量（L=mvr,其中m为电子质量，v为电子线速度，r为电子线性轨道的半径），只能按下式取值：L=n(h/2π)n=1,2,3,4,5,6…… 玻尔的量子轨道原子模型成功地解决了原子结构的稳定性问题，和氢原子光谱线规律。玻尔的理论扩展了量子论的影响，加速了量子论的发展。美中不足的是，玻尔的量子轨道原子模型只能有效描述结构最简单的氢原子。 量子轨道原子模型 1926年，奥地利学者薛定谔在德布罗意关系式的基础上，对电子的运动做了适当的数学处理，提出了二阶偏微分的薛定谔方程式。这个方程式的解的模的平方，用三维坐标图形来表示，就是电子云。 电子云，是用统计的方法，对电子在核外空间分布方式的形象描绘。电子有波粒二象性，不像宏观物体的运动那样具有确定的轨道。电子在某一时刻，究竟会出现在核外空间的哪个地方，不能准确预测，只能知道它在某处出现的几率有多少。单位体积内电子出现的几率，用小白点的疏密来表示，小白点密处表示电子出现的几率密度大，小白点疏处表示电子出现的几率密度小，看上去就像一片带负电的云状物，笼罩在原子核周围，所以叫电子云。 电子云原子模型 在微观量子世界，人类只能依靠模型来理解亚原子粒子。模型更接近于真实，人们甚至觉得模型就是真实。不同的历史时期，不同的模型能够解决不同的问题。我们不能说现在的模型是对的，以前的模型是错的，因为谁也不知道微观量子世界的“真实”究竟是什么，像什么。昨天讨论“反对绝对真理是科学的基本精神”，有的朋友表示不服，原因在于他们还停留在经典物理学的思维模式之中，还没有接受“观察者不能独立于被观察对象”的量子力学认识论，陷入反对“反对绝对真理”的思维陷阱而不能自拔。 |
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