原子内部的奥秘

1.原子内部的奥秘

原子是一个怎样的微观世界呢？原子是最小的微粒吗？原子还可以再分吗？

1897年，英国科学家汤姆生发现了电子。自此，人们开始研究原子的内部世界，了解到原子还不是最小的微粒，它具有复杂的结构，还可以再分。

在原子中，原子核居于中心，同时有若干个电子围绕原子核旋转运动。这就好比是“太阳系”，带正电的原子核就是太阳，围绕“太阳”旋转的“行星”就是带负电荷的电子。只是在这个“太阳系”里，支配一切的是强大的电磁力以及万有引力。

原子核与核外电子所带电量相等，电性相反。因此，原子不带电荷。不同的原子，原子核所带的电荷数不同。

汤姆生发现电子

如果将原子比作一座十层大厦，那么原子核只有一个樱桃大小。原子核的半径大约只占原子半径的万分之一，原子核的体积只占原子体积的几千亿分之一。因此，相对来说，原子里有一个很大的空间供电子做高速运动。

恰德威克发现中子

汤姆生、卢瑟福和玻尔等人为我们勾画出一幅新的原子图像：原子核位于原子中心，电子绕原子核做高速旋转运动，形成一圈圈电子云。如果电子的运动轨道发生改变，原子就会发射或吸收光子。

那么原子核又是由什么组成的呢？原子核虽小，但其结构也很复杂。恰德威克、汤川、鲍威尔等人通过研究发现：原子核是由中子、质子、介子、超子等粒子组成的。科学家认为，有5种基本粒子是构成世界的基石：电子、质子、中子、光子和介子。到目前为止，被发现的基本粒子已达300多种。

质子和中子质量相当，而电子的质量要小得多，只有质子质量的1/1836。所以，整个原子的质量几乎都集中在了原子核上。

质子和中子的质量相同，但带电情况不同。质子带正电荷，中子不带电荷，电子带负电荷。

1913年，英国科学家莫斯莱对各元素的X射线做了一个系统的研究。他通过亚铁氰化钾的晶体，摄取了多种元素的X射线谱。他发现，随着元素在元素周期表中原子序数的增大，相应的X射线的波长在有规则地依次减小。他认为，元素在元素周期表中应当按照原子序数的顺序，而不应当按照原子量的大小排列，原子序数也就是原子的核电荷数。

莫斯莱的这个发现，标志着首次将元素在元素周期表里的排列与原子结构之间建立了科学的联系。

后来，质子和中子的发现使人们认识到，元素原子核中的质子数决定了该元素在元素周期表中的位置。例如，氢元素在元素周期表里排在第1位，它的原子核里只有一个质子，核外有一个电子；氦元素排在第2位，它的原子核中含有两个质子，核外有2个电子……由此可见，元素在周期表上排在第几位，该元素的原子核中就一定有几个质子，反过来也成立。例如，氯是元素周期表里的第17号元素，它的原子核里也就有17个质子，核外电子自然也是17个。

这个新发现揭开了元素周期表上遗留的几个不解之谜。

前面已经谈到，在元素周期表的第1周期里，氢和氦之间存在一段很大的空缺，这是不是表示还有新元素？而根据以上提到的发现，氢、氦的质子数分别为1和2，这就表示中间肯定不会再有新元素了。

前面也说过，人们对元素的顺序是否倒置也存在着疑问，然而新发现使这个疑问也得到了解决。钾原子核里的质子数比氩多1，碘比碲多1，镍又比钴多1。因此，氩和钾、碲和碘、钴和镍的顺序完全正确，不存在顺序倒置的问题。

可是，还有谜团未能解开。绝大多数元素的原子量都会随着原子序数和质子数的增加而增大。但是有几对元素的原子量没有遵循这个规律，反而是原子量大的排在元素周期表的前面，原子量小的排在后面，这是为什么呢？