原子學說

我們要了解道爾頓的原子學說的提出，要溯源至古希臘時期的原子學說。古希臘的哲學家留基伯首先提出了關於原子的學說，后經他的學生德謨克利特的進一步發展，形成了歐洲最早的樸素唯物主義的原子論，

宇宙萬物是由世界上最微小的、堅硬的、不可入、不可分的物質粒子構成的，他將這種粒叫作“原子”。他認為，原子在性質上相同，但在形狀大小上卻是多種多樣的。萬物之所以不同，就是由於萬物本身的原子在數目、形狀和排列上各有不同，就是由於萬物本身的原子在數目、形狀和排列上各有所不同。並且認為，原子總在不斷運動，運動是原子本身所應有的性質。無數的原子在空間中不斷運動、互相碰撞而形成世界及其中的事物。月、日、星辰是由原子構成的，甚至人的靈魂也是由原子構成的。由此可見，德謨克利特的原子論論證了世界的物質性，對自然界的本質提出了大膽而有創造性的臆測，比較深刻地說明了物質結構，肯定了運動是物質的屬性，因而具有重要的意義。

德謨克利特的原子論從一開始就受到了柏拉圖和亞里士多德的強烈反對，一直到1650年才由義大利物理學家伽桑狄重新提出並得到了牛頓的支持。那是在義大利物理學家用實驗證明真空可以存在之後的事了，伽桑狄認為原子正是在這種真空中運動。他用原子的形狀和大小說明物質的各種性質：如熱是由微小的圓形原子引起的；冷是帶有鋒利稜角的角錐形原子產生的，所以嚴寒使人產生刺痛感等等。波義耳也有類似的觀點，他認為構成自然界的材料是一些細小密集、用物理方法不可分割粒子。粒子結合成更大的粒子團，是參加化學反應的基本單位，其大小和形狀決定物質的物理性質。

牛頓繼承和發展了波義耳的化學思想，從力學的角度發展了物質構造和微粒說。牛頓認為，物質是由一些很小的微粒組成，這些微粒通過某種力量彼此吸引，當粒子直接接觸時，這種力特彆強；粒子間距離小時這種力可以使粒子進行化學反應；粒子間的距離較大時，這種力則失去作用。牛頓關於物質結構的微粒理論對道爾頓的原子論思想產生了很大影響。

各種物質的原子，它們各自的形狀、大小、重量一定是相同的，不同物質的原子，其形狀、大小及重量必不相同。為此，他曾經作出這樣的推理：假如水的某些原子比其他的水原子重，再假如某一體積的水恰恰由這些較重的水原子組成，那麼這一體積的水的比重必然較其他水的比重要大（這顯然與事實不符，因為我們知道無論從什麼地方得來的純水的比重都是相同的）。由此及彼，其他物質也是如此。道爾頓又指出，不同氣體的原子的大小必然各異。他說，如果將一體積氮與一體積氧進行化合，則會生成二體積的氧化氮，這二體積的氧化氮的數目一定不能多於一體積氮或氧的原子數。因此，他說氧化氮的原子一定比氧、氮的原子大。

在這這種見解的基礎上，道爾頓為了進一步解釋一種氣體擴散於他種氣體的理由以及混合氣體的壓力問題，他又提出：同一化學物質的原子相互排斥。道爾頓又推理說，當兩種有彈性的流體混合在一起時，同一種微粒相互排斥，但並不排斥另一種微粒，因此，加在一個微粒上的壓力，完全來自與它相同的微粒。由此，他解釋了他的分壓定律。正如他的一位朋友所說的那樣，一種氣體對別的任何氣體來說都是一種真空。

以後，道爾頓進一步考慮到對各種原子的相對質量進行測量的問題，雖然進行了許多研究工作，但是依據當時的水平所測得的原子量是很不準確的，甚至無法計算各種元素的原子量，因而他不得不作了一些大膽的猜測和假設。他首先為複雜原子進行了命名：二元化合物、三元化合物和四元化合物。然後，他又很武斷地作出了這樣的結論：如果兩種元素彼此化合，其化合時則遵循從最簡單的方式開始，其層次分為4個。道爾頓又據以上原則，以氫原子量為1，以此作為標準，規定了其他元素原子的相對質量。

道爾頓確定的化合物組成的規則是沒有什麼科學依據的，不能不說是過於主觀、隨意和武斷之舉。因此，很多化合物複雜原子的組成被他弄錯了，比如水是，而他誤作HO，隨之氧的原子量也就錯了。

1803年，10月18日，道爾頓在曼徹斯特的學會上第一次宣讀了他的有關原子論的論文。論文中說了如下幾個原子論的要點：

1元素的最終組成稱為簡單原子，它們是不可見的，既不能創造，也不能毀滅和再分割，它們在一切化學變化中本性不變。

2同一元素的原子，其形狀、質量及性質是相同的；不同元素的原子則相反。每一種元素以其原子的質量為其最基本的特徵（此點乃道原子論的核心）。

3不同元素的原子以簡單數目的比例相結合，形成化合物。化合物的原子稱為複雜原子，其質量為所含各元素原子質量的總和。同一種複雜原子，其形狀、質量及性質也必然相同。

至此，道爾頓完成了提出原子論的歷史使命，由於該學說解決了很多化學基本定律的解釋，所以很快為化學界所接受。

英文名atom

原子是化學變化中的最小微粒。（沒有外殼）是人類最經典的、使用最為廣泛的基本假設。原子的假設，可用來精確的解釋物理學中力學、熱力學、光學、量子力學、統計力學等等幾乎物理方方面面的問題，以及同為自然科學的生物學（用物理學家的眼光看，一切生物過程都是原子的運動）、化學（化學可以使用量子力學等解釋）等等，在未來，或許會延伸到各個學科。

原子的假設建立時是基於人類直觀的感覺-物質的粒子性。但在物質波動性上也可以神奇地找到它的影子。也許就是因為原子的假設，使物理學有現在這樣輝煌的成果。

原子可看作地球一樣大的體育館里的一顆乒乓球（原子半徑的數量級在10的-10次方），研究原子的方法也好比在這個體育館里放置10的23次方以上的乒乓球，並且讓這些球不停地跳動起來。

原子核是由質子和中子構成，更外層有電子圍著原子核高速轉動。

原子是構成自然界各種元素的基本單位，由原子核和核外軌道電子（又稱束縛電子或繞行電子）組成。原子的體積很小，直徑只有10的-8次cm，原子的質量也很小，如氫原子的質量為1.67356*10的-24g，而核質量占原子質量的99%以上。原子的中心為原子核，它的直徑比原子的直徑小很多。

原子核帶正電荷，束縛電子帶負電荷，兩者所帶電荷相等，符號相反，因此，原子本身呈中性。束縛電子按一定的軌道繞原子核運動，當原子吸收外來能量，使軌道電子脫離原子核的吸引而自由運動時，原子便失去電子而顯電性，成為離子。

原子是構成元素的最小單元，是物質結構的一個層次．原子一詞來自希臘文，“意思是不可分割的。”公元前4世紀，古希臘物理學家德謨克利特提出這一概念，並把它當作物質的最小單元，但是差不多同時代的亞里士多德等人卻反對這種物質的原子觀，他們認為物質是連續的，這種觀點在中世紀佔優勢，但隨著科學的進步和實驗技術的發展，物質的原子觀在16世紀之後又為人們所接受，著名學者伽利略、笛卡兒、.牛頓等人都支持這種觀點．著名的俄國化學家門捷列夫所發現的周期律指出各種化學元素的原子間相互關聯的性質是建立原子結構理論時的一個指導原則．從近代物理觀點看，原子只不過是物質結構的一個層次，這個層次介於分子和原子核之間．

原子的中心是一個微小的由核子(質子和中子：由夸克構成)組成的原子核，佔據了整個原子的絕大部分質量。

原子核中的質子和中子緊密地堆在一起，因此原子核的密度很大。質子和中子的質量大致相等，中子略高一些。質子帶正電荷，中子不帶電荷，是電中性的。所以整個原子核是帶正電荷的。原子核即使和原子相比，還是非常細小的——比原子要小100,000倍。原子的大小主要是由最外電子層的大小所決定的。如有原子是一個足球場，那原子核就是場中央的一顆綠豆。所以原子幾乎是空的，被電子佔據著。

電子是帶負電荷的。它們遠比質子和中子輕，質量只有質子的約。它們高速地圍著原子核運轉。電子圍繞原子核的軌道並不都一樣。它們在一些叫電子層的區域內圍著原子核轉，那些最接近原子核的在一層，遠一些的又在另外一層。每一層都有一個數字。最內層的是層1，外一層的是層2，如此類推。每一層都可以容納一個最高限量數的電子數目，層1可容納兩個，層2八個，層3十八個，層4三十二個，越往外層可容納的電子就越多。

若設層數為n，則第n層可容納電子數為個。最外層電子不大於8個，最接近最外層的電子層不大於十八個，但也有特例。

在一顆電中性的原子中，質子和電子的數目是一樣的。另一方面，中子的數目不一定等於質子的數目。帶電荷的原子叫離子。電子數目比質子小的原子帶正電荷，叫陽離子。相反的原子帶負電荷，叫陰離子。金屬元素最外層電子一般小於四個，在反應中易失去電子，趨向達到穩定的結構，成為陽離子。

非金屬元素最外層電子一般多於四個，在化學反應中易得到電子，趨向達到穩定的結構，成為陰離子。

原子序決定了該原子是那個族或那類元素。例如，碳原子是那些有6顆質子的原子。所有相同原子序的原子在很多物理性質都是一樣的，所顯示的化學反應都一樣。質子和中子數目的總和叫質量數。中子的數目對該原子的元素並沒有任何影響——在同一元素中，有不同的成員，每個的原子序是一樣的，但質量數都不同。這些成員叫同位素。元素的名字是用它的元素名稱緊隨著質量數來表示，如碳14(每個原子中含有6個質子和8個中子)

只有94種原子是天然存在的(其餘的都是在實驗室中人工製造的)每種原子都有一個名稱，每個名稱都有一個縮寫。

俄國化學家門捷列夫根據不同原子的化學性質將它們排列在一張表中，這就是元素周期表。為紀念門捷列夫，第101號元素被命名為鍆。

首20種原子（或元素）依次為氫、氦、鋰、鈹、硼、碳、氮、氧、氟、氖、鈉、鎂、鋁、硅、磷、硫、氯、氬、鉀、鈣。它們的簡寫是H、He、Li、Be、B、C、N、O、F、Ne、Na、Mg、.Al.、Si.、P.、S、.Cl、Ar、K、Ca。

前400年，希臘哲學家德謨克列特提出原子的概念。1803年，英國物理學家約翰·道爾頓提出原子說。1833年，英國物理學家法拉第提出法拉第電解定律，表明原子帶電，且電可能以不連續的粒子存在。1874年，司通內建議電解過程被交換的粒子叫做電子。1879年，克魯克斯從放電管(高電壓低氣壓的真空管)中發現陰極射線。1886年，哥德斯坦從放電管中發現陽極射線。1897年，英國物理學家湯姆生證實陰極射線即陰極材料上釋放出的高速電子流,並測量出電子的荷質比。。1909年，美國物理學家密立根的油滴實驗測出電子之帶電量，並強化了“電子是粒子”的概念。1911年，英國物理學家盧瑟福的α粒子散射實驗，發現原子有核，且原子核帶正電、質量極大、體積很小。其條利用帶正電的α粒子(即氦核)來轟擊金屬箔，發現大部分(99.9%)粒子，穿過金屬箔后仍保持原來的運動方向，但有絕少數α粒子發生了較大角度的偏轉。在分析實驗結果的基礎上，盧瑟福提出了原子的核式結構模型：在原子的中心有一個很小的原子核，原子核的全部正電荷和幾乎全部的質量都集中在原子核里，帶負電的電子在核外空間繞核運動，就像行星繞太陽運動那樣。1913年，丹麥科學家玻爾改進了盧瑟福的原子核式結構模型，認為電子只能在原子內的一些特定的軌道上運動。1913年，英國物理學家莫塞萊分析了元素的X射線標識譜，建立原子序數的概念。1913年，湯姆生殖質譜儀測量質量數，並發現同位素。1919年，盧瑟福發現質子。其利用α粒子撞擊氮原子核與發現質子，接著又用α粒子撞擊硼(B)、氟(F)、鋁(A1)、磷(P)核等也都能產生質子，故推論“質子”為元素之原子核共有成分。1932年，英國物理學家查德威克利用α粒子撞擊鈹原子核，發現了中子。1935年，日本物理學家湯川秀樹建立了介子理論。原子趣聞：人體中每秒有40萬個放射性原子蛻變為其他原子。人體每個細胞平均有90萬億個原子，是40萬個原子的22500萬倍。