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原子内部结构如何?

zhao_admin1年前 (2022-05-26)科学课件39

这个问题虽然很简单,但是可以回答的很复杂,作为一名非物理学家的科普爱好者,答主尽量回答目前已经公认或者普遍认可的理论或学说。

原子内部结构是怎么样的?这个问题不仅仅是题主疑惑,众多科学家也在不停探索!19世纪初以来,科学家就不断提出新的原子结构模型,从最早的道尔顿实心球模型到物理教科书的波尔量子化模型,再到现代电子云模型。虽然模型不断改善,但在某些方面已经达到了共识!

电子的发现电子是我们最熟悉的基本粒子之一,它属于亚原子粒子中的轻子类,并且是无法被分解为更小的粒子。它带有负电,记作e-带有1/2自旋,是费米子的一种。

电子是1897年有英国剑桥大学的卡文迪许实验室的汤姆生在研究阴极射线时发现的。

质子的发现质子和电子一样同样属于亚原子粒子,但不同的是它带正电,记作e。它属于重子类,意味可再分(由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在强相互作用下构成)。

质子是1918年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核时发现的,并且预言了中子的存在。

中子的发现中子同样是构成原子的一员,但它与电子、质子的不同点在于它并不带电,并且有两个下夸克和一个上夸克构成,因此不属于基本粒子。它的自旋为1/2,也属于费米子!

中子的概念最早由卢瑟福提出,在1932年由B.查德威克用α粒子轰击发现。

波尔原子模型在随着人们的不断研究,越来越多的原子模型被否定或改进,在1911年卢瑟福提出了行星模型但却与实际情况不符,无法解释。

1912年卢瑟福的学生波尔在行星模型的基础上引入了普朗克量子概念,随后在1913年波尔连发三篇文章,标志着波尔原子模型正式提出!

波尔原子模型认为质子与中子结合成原子核,电子在原子核周围。但电子并不是随意占据原子核周围,而是在固定的层面上运动,当电子从一个层面跃迁到另个层面时,就要吸收或放出能量。

虽然波尔模型第一次将量子的概念引入原子领域,解释了很多问题。但对于稍微复杂的原子如氦原子,就无法解释其光谱现象。这是因为波尔仍然将电子看做成经典力学描述下的轨道运动。

因此现代电子云模型认为电子绕核运动会形成一个带负电荷的电子云。至于原子核与电子之间是什么,目前科学界认为其并不是真空,而应该是光子或者虚光子(可以看看我前面的文章)。

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