希臘哲學(xué)家德克利特

原子理論是對(duì)原子和物質(zhì)的本質(zhì)的科學(xué)描述，結(jié)合了物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)元素。根據(jù)現(xiàn)代理論，物質(zhì)是由被稱為原子的微小粒子構(gòu)成的，而原子又由亞原子粒子構(gòu)成。一種特定元素的原子在許多方面是相同的，但與其他元素的原子不同。原子按一定比例與其他原子結(jié)合形成分子和化合物。

以下是原子理論的簡(jiǎn)史:

原子與原子論

原子理論起源于古代印度和希臘的一個(gè)哲學(xué)概念。'原子'這個(gè)詞來自古希臘單詞atomos，意思是不可分割的。根據(jù)原子論，物質(zhì)是由離散的粒子組成的。然而，這個(gè)理論只是對(duì)物質(zhì)的眾多解釋之一，并不是基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在公元前5世紀(jì)，德謨克利特提出物質(zhì)由不可摧毀的、不可分割的單位組成，這些單位被稱為原子。羅馬詩人盧克萊修(Lucretius)記錄了這個(gè)想法，因此它在黑暗時(shí)代幸存下來，供后人思考。

道爾頓的原子理論

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直到18世紀(jì)末，科學(xué)才發(fā)現(xiàn)了原子存在的具體證據(jù)。1789年，安托萬·拉瓦錫提出了質(zhì)量守恒定律，即反應(yīng)產(chǎn)物的質(zhì)量與反應(yīng)物的質(zhì)量相等。十年后，約瑟夫·路易斯·普魯斯特提出了確定比例定律，即化合物中元素的質(zhì)量總是以相同的比例出現(xiàn)。

這些理論并沒有提及原子，但約翰·道爾頓在它們的基礎(chǔ)上發(fā)展了多重比例定律，該定律指出化合物中元素的質(zhì)量比是小整數(shù)。道爾頓的多重比例定律來源于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。他提出，每一種化學(xué)元素都由一種原子組成，這種原子是不能被任何化學(xué)方法摧毀的。他的口頭報(bào)告(1803)和出版(1805)標(biāo)志著科學(xué)原子理論的開始。

在1811年，阿伏加德羅修正了道爾頓理論的一個(gè)問題，他提出等體積的氣體在等溫度和壓力下包含相同數(shù)量的粒子。阿伏伽德羅定律使精確估計(jì)元素的原子質(zhì)量成為可能，并明確區(qū)分了原子和分子。

原子理論的另一個(gè)重要貢獻(xiàn)是1827年植物學(xué)家羅伯特·布朗做出的，他注意到漂浮在水中的塵埃顆粒似乎在不知什么原因的情況下隨意移動(dòng)。1905年，阿爾伯特·愛因斯坦假設(shè)布朗運(yùn)動(dòng)是由于水分子的運(yùn)動(dòng)。這個(gè)模型及其在1908年由Jean Perrin驗(yàn)證，支持了原子理論和粒子理論。

李子布丁模型和盧瑟福模型

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到目前為止，原子被認(rèn)為是物質(zhì)的最小單位。1897年，J.J.湯姆森發(fā)現(xiàn)了電子。他相信原子是可以分裂的。由于電子帶負(fù)電荷，他提出了一個(gè)葡萄干布丁原子模型，在這個(gè)模型中，電子被嵌入到大量的正電荷中，從而形成一個(gè)電中性的原子。

1909年，湯姆森的學(xué)生之一歐內(nèi)斯特·盧瑟福(Ernest Rutherford)駁斥了葡萄干布丁模型。盧瑟福發(fā)現(xiàn)，原子的正電荷和大部分質(zhì)量都在原子的中心或原子核上。他描述了一個(gè)行星模型，其中電子圍繞一個(gè)帶正電荷的小原子核旋轉(zhuǎn)。

玻爾原子模型

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盧瑟福的思路是正確的，但是他的模型不能解釋原子的發(fā)射和吸收光譜，也不能解釋為什么電子不會(huì)撞入原子核。1913年，尼爾斯·玻爾提出了玻爾模型，該模型指出電子只在特定距離的原子核軌道上運(yùn)行。根據(jù)他的模型，電子不能螺旋進(jìn)入原子核，但可以在能級(jí)之間進(jìn)行量子躍遷。

量子原子理論

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波爾的模型解釋了氫的光譜線，但沒有擴(kuò)展到多電子原子的行為。一些發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了對(duì)原子的理解。1913年，弗雷德里克·索迪(Frederick Soddy)描述了同位素，它是一種元素的原子，含有不同數(shù)量的中子。1932年發(fā)現(xiàn)了中子。

路易斯·德·布羅意提出了運(yùn)動(dòng)粒子的類波行為，埃爾溫·薛定諤用薛定諤方程描述了它(1926年)。這又引出了沃納·海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理(1927)，該原理指出，同時(shí)知道電子的位置和動(dòng)量是不可能的。

量子力學(xué)導(dǎo)致了原子理論，其中原子由更小的粒子組成。電子有可能在原子的任何地方被發(fā)現(xiàn)，但在原子軌道或能級(jí)中被發(fā)現(xiàn)的概率最大?，F(xiàn)代原子理論描述的軌道可能是球形、啞鈴形等，而不是盧瑟福模型中的圓形軌道。對(duì)于擁有大量電子的原子，相對(duì)論效應(yīng)開始發(fā)揮作用，因?yàn)榱Ｗ右怨馑俚囊恍〔糠忠苿?dòng)。

現(xiàn)代科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了組成質(zhì)子、中子和電子的更小的粒子，盡管原子仍然是不能用化學(xué)方法分裂的物質(zhì)的最小單位。