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原子
化學反應不可再分的基本微粒
原子（atom）是在不釋放帶電粒子的情況下物質可以被分解的最小單位。在希臘語中，atoms意為“不可再分”。在化學變化中不會發(fā)生改變，原子是所有生命和物質組成的基本單位。但是，原子并不是最小物質，原子是由原子核和核外電子構成的。
基本信息
中文名
原子
英文名
atom
類型
物理、化學概念
組成
原子核、核外電子
簡介
原子在化學變化中是不可在分割的，但是原子并不是構成物質的最基本單元。因為原子是由原子核和核外電子構成的，而原子核是由帶一個單位正電荷的質子和不帶電的中子構成的，他們之間靠強相互作用結合在一起形成原子核。質子和中子還可以繼續(xù)分解，它們由更小的夸克構成。
不同原子的半徑一般是不同的，但是具有相同的數(shù)量級，即10m。在現(xiàn)有的理論和科學水平下，夸克和電子都是不可再分的，它們都是最基本的粒子。在玻爾原子模型中，相比于原子核依靠強相互作用，電子在原子核外做高速運動，速度可達10m/s。
原子并不是一個致密的實心結構，原子核和核外電子之間有很大的空隙，電子以電子云的形式存在于原子核周圍。
氙核外電子排布圖
發(fā)展歷史
原子最早是哲學上具有本體論意義的抽象概念，雖然在今天看來存在很多謬誤，但引發(fā)了人類探究世界物質組成的基始和本源。
早期原子本體論
古希臘人們探究世界物質組成的本質，是基于哲學這一框架。人們利用哲學的思辯和樸素猜想，來探究物質的基本組成，而思辯是沒有科學驗證的一層層推測。因此，對于世界物質的組成，人們有著不同的認知。
古希臘元素論很好的為原子論奠定了基礎，阿納克西美尼認為萬物的本源是氣，元素就是氣；而赫拉克利特則認為世界萬物最基本元素為火；古希臘的哲學家柏拉圖提出“四元素”說，認為火、水、氣、土四種元素是組成世界的基本要素；恩培多克勒又提出多元素本原論。多家學說的流行促進了人們?nèi)ヌ骄课镔|的真正本源，古希臘元素論為留伯基和德謨克利特的原子論奠定了重要思想基礎。
德謨克利特
古希臘自然哲學家阿那克薩戈拉的“種子論”是對物質基本構成的新探索，德謨克利特在此基礎上，從物質構造層面猜想不可分割的物質，既而提出原子論。德謨克利特認為原子有各自的大小、形狀和位置，不同的物質由不同原子構成；原子是不可分割的，是構成物質的本源；原子的數(shù)目是無限的，性質是相同的，外部形狀的不同、結合時不同的排列順序及位置的差異、相互碰撞后形成的各種旋渦形成了生物的多樣性；運動是原子的本質特征；原子體積是很小的，肉眼是無法觀察到的。
近代原子微粒說
1661年羅伯特·波義耳（R.Boyle）出版了《懷疑的化學家》，這一著作的問世，被譽為“近代化學的開端”。在書中，R.Boyle對17世紀60年代以前歐洲的化學思想提出了懷疑，其中包括"元素"概念、化學物質的構成方式。
18世紀中期，俄國科學家羅蒙諾索夫（Mikhil Vasilievich Lomonosov）在微粒哲學的基礎上闡述了物質結構的概念，他認為物體是由微粒組成的，物體的性質取決于組成物體的微粒的性質，物體的微粒運動的結果產(chǎn)生熱。
1803年，英國科學家道爾頓（John Dalton）把原子學說第一次從推測轉變?yōu)榭茖W概念。道爾頓原子論的創(chuàng)立是近代原子論的重要里程碑，他提出了著名的原子學說：物質是由具有一定質量的原子構成的，元素是一類原子的總稱，化合物是由構成該化合物成分的元素的原子結合而成的，進一步說明了化學反應的實質就是原子的重新組合，通過原子量的計算，可以推測物質的組成。
道爾頓
法國化學家在進行氣體實驗的基礎上，發(fā)現(xiàn)了“氣體化合定律”與道爾頓原子論相互補充，為阿伏伽德羅“分子-原子”學說奠定了基礎。
1811年，意大利科學家阿伏加德羅（Ameldeo Avogardo）認為構成氣體的粒子不是原子，而是分子。單質屬于分子，分子是由同種原子構成的，化合物的分子是由幾種不同的原子構成的。在此基本框架上，經(jīng)過科學家們的不斷探索，新的原子分子學說逐步完善：物質是由分子組成的，分子是保留原物質性質的最小微粒。分子是由原子組成，原子則是用化學方法不能再分割的最小粒子，它已失去了原物質的性質 。
1827年，英國科學家布朗（Robert Brown）通過實驗證實了分子的存在和分子運動的存在。
現(xiàn)代原子結構論
直到19世紀末，“原子不可分割”這一理論才被推翻。
1895年11月8日，德國物理學家倫琴發(fā)現(xiàn)了x射線，因此獲得1901年首屆諾貝爾物理學獎；
1896年5月18日，法國物理學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然物質鈾的放射性現(xiàn)象，后來居里夫婦又發(fā)現(xiàn)已知元素釷的放射性，并發(fā)現(xiàn)了新的放射性元素釙和鐳；
1897年4月30日英國物理學家湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子。
X射線、原子放射性和電子的發(fā)現(xiàn)被稱為19世紀末物理學的三大發(fā)現(xiàn)。尤其是電子的發(fā)現(xiàn)突破了道爾頓原子模型的框架。既然電子來源于原子，就完全可以證明原子是可分的。
1904年湯姆遜提出了一種原子模型．認為原子的主體部分是一個平均分布著正電荷的原子球，帶正電荷的原子球中鑲嵌著許多電子，電子和正電荷相互抵消，從而原子顯中性。原子中的正負電荷通過靜電作用達到穩(wěn)定，電子就像葡萄干鑲嵌在原子球的面包上一樣，這個模型被叫做葡萄干面包模型。
1911年歐內(nèi)斯特·盧瑟福提出帶原子核的原子構型。他做了著名的α粒子散射實驗。實驗用高速飛行的α粒子轟擊極薄的金箔，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)α粒子并沒有改變它們的前進方向，但是一小部分α粒子改變了原來的運動方向，有一定角度的偏轉。即發(fā)生了散射現(xiàn)象；只有極少數(shù)的α粒子偏轉得特別厲害，甚至完全彈了回來。這些新發(fā)現(xiàn)的實驗現(xiàn)象用湯姆遜的“棗糕”模型是無法解釋的。盧瑟福原子模型認為原子中絕大部分空間是被帶有負電的電子占據(jù)的，但是在中心的微小區(qū)域里有一個原子核，它包含了所有的正電荷及幾乎整個原子的質量，并且把構成原子核的粒子稱為質子。但是，該模型解釋了物質的帶電屬性，但是不能解釋所有原子的質量，直到1932年查德威克(James Chadwick)發(fā)現(xiàn)原子核中還有另外一種不帶電的粒子(中子)后，這個問題才被解決，即原子的質量主要由帶正電荷的質子和不帶電荷的中子共同決定。
1913年玻爾依據(jù)普朗克的量子理論，提出了原子的量子化軌道模型的假說。在玻爾模型中，電子不是隨意占據(jù)在原子核的周圍，而是在固定的層面上運動，當電子從一個層面躍遷到另一個層面時，原子便吸收或釋放能量，玻爾在行星模型的基礎上提出了核外電子分層排布的原子結構模型。
1923年法國物理學家德波羅意提出電子等微觀粒子也具有波動性和粒子性的假說；
1926年奧地利物理學家薛定諤建立了電子波動方程；德國物理學家海森堡提出“測不準原理”。電子在核外有些地方出現(xiàn)的幾率大，在有些地方出現(xiàn)的幾率小，通常用所謂的“電子云”名稱形象地加以描述。電子運動的軌道也不是傳統(tǒng)意義上的軌道。而是通過求解薛定諤波動方程的一個統(tǒng)計值，指的是電子出現(xiàn)幾率最大的區(qū)域。
構成
原子核
原子核（atomic nucleus）是由質子和中子構成。原子的質量主要就集中在原子核，占到99.96%以上原子的質量。原子核體積極小，直徑在10至10m之間，體積只占原子體積的幾千億分之一。原子核的密度極大，約為1014g/cm，構成原子核的質子和中子之間存在介子，以傳遞原子核內(nèi)巨大的吸引力稱作強力，強力比電磁力強137倍，故能克服質子之間所帶正電荷的電磁斥力而結合成原子核。原子核的能量極大, 當原子核發(fā)生裂變或聚變時，會釋放出巨大的原子核能，即原子能。
質子（proton）
帶有1.6 × 10庫侖(C)正電荷，質子的直徑約為1.6~1.7×10 m，質量約為1.6726×10Kg。質子含有兩個上夸克和一個下夸克 ，還有所謂的虛夸克和反夸克 ，虛夸克和反夸克由膠子形成 (彈簧狀 )，膠子是強力場粒子；還有奇異夸克及其反夸克。所有的粒子都有其自身的角動量或自旋，粒子的轉動形成軌道角動量，最終產(chǎn)生質子的自旋1／2。
中子（neutron）
作為組成原子核的基本粒子之一，不帶電，因此被稱為中子。它是由劍橋大學卡文迪許實驗室的英國物理學家詹姆斯·查德威克于1932年發(fā)現(xiàn)的。中子對輕的原子核非常敏感，能夠精確測得分子結構中的氫原子位置，還能定位“摻雜”在重原子中的其他輕原子。中子的這種特性，使它能夠“拍攝”到材料的微觀結構，跟蹤正在運動中的原子核分子的行為。
電子
湯姆孫使用真空度極高的管子在1897年證實了陰極射線在電場中發(fā)生偏轉，這是判定陰極射線實際是帶電粒子的決定性證據(jù)。自此以后，陰極射線便被承認是一種粒子，該粒子（即電子）的質量僅僅是氫原子質量的一個很小的分數(shù)值(現(xiàn)在已知值為1／1837)。電子帶負電，電量為1.602×10C，是電量的最小單元，質量為9.10956×10kg（氫原子質量的1/1830），常用符號e表示。
電子云
由于電子在原子核外同不區(qū)域出現(xiàn)的概率不同，通常用小黑點來表示核外電子在某處出現(xiàn)的幾率大小。小黑點密，說明電子云密度值大，即電子在該處出現(xiàn)的幾率大；小黑點疏，說明電子云密度值小，即電子在該處出現(xiàn)的幾率小；電子出現(xiàn)機會最大的區(qū)域，就是電子云密度最大的地方。把電子出現(xiàn)的幾率相等的地方聯(lián)接起來的線，稱為等密度線，亦稱電子云的界面，這個界面所包括的空間范圍稱為原子軌道。
電子云輪廓圖
特性
核輻射
通常稱之為放射性，存在于所有的物質之中。核輻射是原子核從一種結構或一種能量狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N結構或另一種能量狀態(tài)過程中所釋放出來的微觀粒子流，這種核轉變也叫做放射性核衰變。核衰變有三種類型。
α衰變
β衰變
放射性核自發(fā)地放射處β射線（高速電子）或者俘獲軌道電子而變成另一種新核的現(xiàn)象。βˉ衰變，原子核自發(fā)地放射出一個電子的核轉變過程，核內(nèi)的一個中子轉變?yōu)橘|子，同時釋放一個電子和一個反電中微子；β衰變，原子核自發(fā)地放射出一個正電子的核轉變過程，核內(nèi)的一個質子轉變成中子，同時釋放一個正電子和一個電微中子。
γ衰變
原子磁矩
在原子中，電子因繞原子核運動而具有軌道磁矩；電子因自旋具有自旋磁矩；原子核、質子、中子以及其他基本粒子也都具有各自的自旋磁矩，而原子磁矩就是原子內(nèi)部各種磁矩總和的有效部分，物質具備磁性的本質原因就是因為原子磁矩。
原子能級
原子由原子核和核外繞核運轉的電子構成，電子由于具有不同的能量，就按照各自不同的軌道圍繞原子核運轉，即能量不同的電子處于不同的相應等級。原子處于最低能級，電子在離核最近的軌道上運動的定態(tài)稱為基態(tài)；原子吸收能量后從基態(tài)躍遷到較高能級，電子在較遠的軌道上運動的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。
冷原子
溫度是物質內(nèi)部熱運動的量度，若讓原子無限接近絕對零度，就可以形成冷原子。冷原子的特性：動能小，可用弱場(如磁場梯度、光場)操控，空間位置可高精度控制；de Broglie波長大，原子的物質波波動性明顯；熱運 動小，光譜一級和二級Doppler加寬很小，有利于精密測量；速度低，原子與光相互作用時間長。
重要參數(shù)
原子半徑
指基態(tài)電子組態(tài)的原子中，最外層電子到原子核的距離。原子半徑與原子所處的環(huán)境有關。原子半徑取決于它與環(huán)境中原子之間的相互作用力，于是原子半徑通常就用原子與原子之間作用力的性質來定義。
共價半徑
同種元素的原子以共價鍵鍵合成分子或晶體時，鍵連原子間距離的一半稱為共價半徑，影響共價半徑大小的因素有：共價鍵的鍵級、共價鍵的極性、原子軌道雜化方式等。
金屬半徑
金屬晶體中兩個臨近原子距離的一半即為金屬半徑。
范德華半徑
在分子晶體中，兩個相鄰原子間距離的一半即為范德華半徑。
相對原子質量
以一種碳原子質量的1/12作為標準（約1.67×10kg），其他原子與它相比較，所得的比值，作為這種原子的相對原子質量，簡稱原子量，符號為Ar，單位為1。
電離能
基態(tài)的氣態(tài)原子失去電子，必須克服核電荷對電子的引力而所需要的能量，不做具體說明，即為第一電離能，在此基礎上再移走一個電子所需的能量叫做第二電離能。第一電離能的大小隨著原子序數(shù)遞增呈規(guī)律性變化。
價電子
一般指的是原子核外最外層電子，但是過渡元素的價電子不僅是最外層電子，次外層電子及某些元素的倒數(shù)第三層電子也可成為價電子。
電負性
電負性表示原子形成正負離子的傾向或化合物中原子對成鍵電子的吸引能力相對大小的量度。隨著原子序數(shù)的遞增，原子電負性呈現(xiàn)規(guī)律性變化。
電子親和能
指基態(tài)氣態(tài)原子獲得一個電子變成負一價氣態(tài)離子釋放出的能量稱為該原子的第一電子親和能，同理也有第二電子親和能。第一電子親合能一般為正值，而第二電子親和能一般均為負值。電子親和能越大，表示氣態(tài)原子得到電子傾向性越大，非金屬性也就越強。
原子數(shù)與原子序數(shù)
某元素于非單原子狀態(tài)（分子或化合物）時的數(shù)目，在化學式中寫在元素符號的右下方（右下標）。如：CO2，數(shù)字2的意義為：一個CO2分子含有兩個O原子。
相關概念
核素
一類具有確定質子數(shù)、中子數(shù)和能量狀態(tài)的中性原子。核素的表示形式：X、ZX，例如O。
同位素
同核異能素
質量數(shù)和質子數(shù)均相同但處于不同能量狀態(tài)的一類核素。原子核和原子一樣具有分立的能級狀態(tài)，一定條件下，可以在不同能級間躍遷。
同中子異位素
具有相同中子數(shù)，不同質子數(shù)的一類核素。如，18Ar、20Ca。
同量異位素
質量數(shù)相同，質子數(shù)不同的一類核素。如，18Ar、20Ca。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
