原子結(jié)構(gòu)模型
摘 要：人們對(duì)于原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的過(guò)程,本文簡(jiǎn)單介紹了人們對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識(shí)的發(fā)展歷程，主要介紹了盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型、玻爾模型和由近代量子力學(xué)得到的原子電子云模型。
關(guān)鍵詞：原子結(jié)構(gòu)；核式模型；玻爾模型；量子理論
The Atomic Structure’s Model
Abstract: People’s understanding about atomic structure has experienced a long and tortuous process. The developmental process of people’s understanding of the atomic structure’s model, Rutherford's atomic nuclear type structural model, the Bohr model and the model of atomic electronic cloud deprived from the modern quantum mechanics are introduced in this article.
Key Words: Atomic structure; Nucleus-like model; Bohr model; Quantum theory

引言
物質(zhì)世界是一個(gè)永恒的世界，千百年來(lái)，人類(lèi)為了認(rèn)識(shí)它、利用它，一直在對(duì)它進(jìn)行著無(wú)盡的探索，人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)縮影了人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然的歷程。對(duì)于原子的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在人們已經(jīng)有了一個(gè)比較清晰的認(rèn)識(shí)，但是對(duì)它的認(rèn)識(shí)卻經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的過(guò)程。原子結(jié)構(gòu)模型是科學(xué)家根據(jù)自己的認(rèn)識(shí)，對(duì)原子結(jié)構(gòu)的形象描摹。但也是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，例如弗蘭克——赫茲實(shí)驗(yàn)、史特恩——蓋拉赫實(shí)驗(yàn)以及利用x射線對(duì)原子結(jié)構(gòu)[1]進(jìn)一步探索等。一種模型代表了人類(lèi)對(duì)原子結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的一個(gè)階段。從古人臆測(cè)的古代原子論起到近代量子力學(xué)得到的原子電子云模型,人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子的歷史是漫長(zhǎng)的，也是無(wú)止境的。
1.對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識(shí)的發(fā)展歷程
起初，人類(lèi)只認(rèn)識(shí)到物體的表面現(xiàn)象，就由此猜測(cè)各種物體的產(chǎn)生、發(fā)展、消亡和轉(zhuǎn)化的大體過(guò)程。一些哲學(xué)家研究了這些現(xiàn)象后，開(kāi)始唯象地描述物質(zhì)的基本層次?！笆蓟?、“五行說(shuō)”、“四元素說(shuō)”都是古希臘哲學(xué)家提出的學(xué)說(shuō)，但它們并無(wú)本質(zhì)上的差異，只存在有量上的差別[2]。隨著人類(lèi)變革物質(zhì)的生產(chǎn)活動(dòng)的深入，探幽索微的愿望也不斷增強(qiáng)。原子論者們運(yùn)用自己的觀點(diǎn)來(lái)解釋所有的現(xiàn)象，同時(shí)還提出了一系列天才的推測(cè)。他們由細(xì)致的觀察，如濕衣服在太陽(yáng)下變干、城門(mén)邊的銅像的手因進(jìn)城人不斷地吻而被洗干凈等事實(shí)證明感覺(jué)不到的粒子—原子的存在。當(dāng)然，當(dāng)時(shí)所謂的原子只能是推理的產(chǎn)物、哲學(xué)的臆測(cè)，是一個(gè)抽象的概念，比唯象描述更遠(yuǎn)離實(shí)物。
隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)和近代自然科學(xué)的興起，古代的原子論思想又被許多先進(jìn)的科學(xué)家和哲學(xué)家所接受和發(fā)展。伽利略、伽桑狄、波義耳、牛頓、胡克、伯努利等都曾作過(guò)物質(zhì)是由許多不連續(xù)的、簡(jiǎn)單的始原粒子所構(gòu)成的論述，并且開(kāi)始利用原子學(xué)說(shuō)對(duì)物質(zhì)的一些性質(zhì)進(jìn)行解釋。這些學(xué)說(shuō)雖然是以一定的科學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)為間接根據(jù)提出的， 但卻帶有明顯的機(jī)械論色彩，根本否認(rèn)原子微粒自身還有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
1869年,希托夫研究“法拉弟暗區(qū)”時(shí)，意外地發(fā)現(xiàn)了陰極射線。人們根據(jù)它在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，判明這種射線是由帶負(fù)電的粒子組成的。斯東尼于1891年首次稱這種粒子為“電子”。
第一個(gè)用實(shí)驗(yàn)證實(shí)電子的存在、說(shuō)明電子是基本粒子的是J.J.湯姆遜(J.J. Thomson, 1856——1940)。但是，電子是否比原子更基本呢？帶著這個(gè)問(wèn)題, 湯姆孫進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。他分別在真空管中充入不同的稀薄氣體，又用不同材料的陰極重復(fù)實(shí)驗(yàn)，電子的荷質(zhì)比都不改變。據(jù)此，他斷言電子是一切原子中的基本組成部分之一。這一斷言無(wú)疑是向傳統(tǒng)觀念挑戰(zhàn)的宣言，原子不可再分的神話至此已支離破碎。
在實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電子之后的第六年——1903年，湯姆孫提出了著名的原子結(jié)構(gòu)模型——“葡萄干布丁”模型。他認(rèn)為原子里面帶正電的部分均勻地分布在整個(gè)原子球體(直徑約為 米)中，而帶負(fù)電的電子則在這個(gè)球體中游動(dòng)。
但是湯姆孫的一位研究生盧瑟福(Ernest Rutherford，1871——1937)在幾年之后卻用實(shí)驗(yàn)否定了湯姆孫的模型。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，盧瑟福于1911年提出了原子結(jié)構(gòu)的有核模型，但是盧瑟福原子模型同經(jīng)典電磁理論也存在著尖銳矛盾，直到1913年玻爾把量子論用于原子，與盧瑟福有核原子模型結(jié)合起來(lái)，使它發(fā)展成為盧瑟福－玻爾原子模型[3]。