说明原子的结构为什么电子的发现,x射线的发现,特别是放射性现象的发现,说明了尽管原子极小,但任然具有一定结构

说明原子的结构为什么电子的发现,x射线的发现,特别是放射性现象的发现,说明了尽管原子极小,但任然具有一定结构
说明原子的结构
为什么电子的发现,x射线的发现,特别是放射性现象的发现,说明了尽管原子极小,但任然具有一定结构

说明原子的结构为什么电子的发现,x射线的发现,特别是放射性现象的发现,说明了尽管原子极小,但任然具有一定结构
原子的结构是怎样发现的
一百多年前,人们通过化学反应的事实形成了原子是组成物质的最小微粒的概念,一直到十九世纪末仍是这种认识.
1897年汤姆生发现了电子,这表明电子是原子的组成部分.
20世纪初汤姆生提出了原子的枣糕式模型：原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,而电子却象枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里面.
1909～1911年,英国物理学家卢瑟福(汤姆生的学生)(1871—1937)和他的助手们进行了α粒子散射的实验.卢瑟福用α射线照射金箔,由于金原子中的带电微粒对α粒子有电斥力的作用,一些α粒子穿过金箔后会改变原来的运动方向.这个现象叫做α粒子的散射.卢瑟福希望通过对散射的分析来了解原子内部电荷与质量的分布情形.
实验的结果是,绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进,但是有少数α粒子发生了较大的偏转.
实验中观察到的大角度散射使卢瑟福感到惊奇.这种大角度的散射,不可能是因为金箔的原子内的电子造成的,因为电子的质量很小.这就像子弹碰到一粒尘埃一样,运动方向不会发生什么改变.只有当α粒子受到原子核内正电荷很强的斥力时它的运动才能发生这样大的改变.原子中的正电荷与原子的质量一定集中在一个很小的核上,否则大角度的散射是不可能的.
卢瑟福精确统计了向各个方向散射的α粒子的数目,在此基础上提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个很小的核,叫做原子核,原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里.带负电的电子在核外的空间运动.
按照这个模型,由于原子核很小,大部分α粒子穿过金箔时都离核很远,受到的斥力很小,它们的运动几乎不受影响；只有极少数α粒子从原子核附近飞过,明显地受到原子核的斥力而发生大角度的偏转.
按照卢瑟福的核式结构模型,原子内部是十分“空旷”的.近年来的研究表明,原子直径的数量级(实际就是电子运动范围的数量级)为10－30 m.而原子核直径的数量级为10－15 m,两者相差十万倍!如果把原子比作直径为百米左右的大球,那么原子核则只有毫米左右米粒大小.但是小小的原子核也有内部结构.1932年英国物理学家查德威克(卢瑟福的学生)在做了用α粒子轰击硼的实验中发现了中子,发现原子核是由质子和中子组成的.
但是,从经典电磁理论出发,却无法解释卢瑟福的有核原子模型.首先无法解释的就是原子的稳定性问题.这是卢瑟福模型所回避不了的、不可克服和致命的缺陷.
麦克斯韦电磁理论曾预言,作加速运动的带电粒子(例如绕核作圆周运动的电子)将会辐射出电磁波,而且正是基于这一预言解释了电磁现象和光学现象.后来由于赫芝、波波夫和马可尼的实验证实,麦克斯韦的预言被光辉地证实了,麦克斯韦的电磁理论也被公认为是十九世纪物理学最伟大的胜利.如果用麦克斯韦理论来考察卢瑟福模型,则绕核旋转的电子应由于辐射电磁波而不断损失能量,并迅速坠落到核上,原子于是就毁灭了,世界也将崩溃.但事实并不是这样.
所以,要建立一个与麦克斯韦电磁理论相符的行星式原子模型,并不是那么简单的一件事情.
面对这一困难局面,玻尔(卢瑟福的学生)仍然勇敢地接受了卢瑟福模型,并决心使这一个模型所遭到的困难得到解决.玻尔仔细分析了困难的关键所在,认定原子是属于另一个层次的问题,用已知的经典物理规律来解决这个层次的问题,是不合适的.那么,什么样的规律才能解决这个原子层次的问题呢?玻尔从普朗克提出的量子理论那儿,窥见了希望之光,他“开始觉得卢瑟福原子中的电子是全然受作用量子支配的”.
有了这种想法以后,玻尔就开始了他一生最辉煌的研究工作.经过一年的艰苦卓越的奋斗,他终于在1913年先后在英国《哲学杂志》上公布了他那至今仍闻名于世的《论原子和分子结构》的三部曲.
玻尔在论文里提出了两个著名的假设：(1)在所有可能的经典轨道中只有某些轨道是允许的,当电子在这些特定轨道上作圆周运动时,它不遵守麦克斯韦的电磁理论,即电子并不因自己在作加速运动而辐射电磁波；(2)只有当电子从一个容许轨道跃迁到另一个容许轨道时,它才辐射电磁波.