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初中科学/17.2 原子的构造

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 17.1 认识分子 初中科学 > 第十七单元:探究物质的构成
17.2 原子的构造
17.3 元素与元素周期表 


蔗糖分子结构图

前面我们提到,10g蔗糖对半分下去,直到分成一个个的蔗糖分子,它都还是蔗糖,都能保持蔗糖原本的性质。那么分子还能再分吗?如果分子再分下去,那还叫蔗糖吗?分子之内,又会有怎样的一个广阔的世界呢?


Livre ouvert.svg 这节课你将学到:
  1. 原子是什么?
  2. 原子是由什么构成的?
  3. 什么是相对原子质量?

目录

构成物质的微粒——原子编辑

上节课我们已经知道,分子是构成物质的一种微粒,通过这节课的学习,我们要知道,原子Atom)也是构成物质的一种微粒。

原子既可以直接构成物质,比如都是由原子直接构成的,构成它们的原子分别叫金原子和氦原子。此外分子还都是由原子构成的,比如一个水分子含2个原子和1个原子。原子非常小,一粒人肉眼刚能看到的最小灰尘,其中也包括了大约1015个微小的原子!

原子是化学反应中的最小单位,化学反应的实质就是原子的分离与重组。举例:在“过氧化氢 → 水 + 氧气”这个反应中,每2个过氧化氢分子(共含4个氧原子、4个氢原子)重组,其中4个氢原子和2个氧原子组成2个水分子(各含2个氢原子、1个氧原子),剩余2个氧原子组成1个氧气分子(含2个氧原子)。

提出近代原子论的科学家是约翰·道尔顿(John Dalton)。

原子的构成编辑

原子一词,在希腊语中的原意就是“不可分割”,那么原子真的不可分割吗?

我们知道,有些物质会带电,我们称之为带电荷electric charge),电荷又分为正电荷和负电荷两种。1897年,英国物理学家约瑟夫·汤姆孙(Joseph Thomson),突破性地从阴极射线中,发现了一种带负电荷的粒子,这种粒子名叫电子Electron)。科学家们证明,电子是原子的一部分。

 
汤姆孙的原子枣糕模型
 
卢瑟福的原子太阳系模型,这里是(Li)原子,中央是原子核,有质子和中子,外围是环绕的电子。

但是,由于电子带负电,而整个原子对外不显电性,那么原子中一定还有带正电的部分与之相互抵消。汤姆孙提出了枣糕模型。他认为整个原子就像一个枣糕,其中带正电的就是糕,而带负电的电子就像枣一样镶嵌其中。

但在1909年,新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)同他的学生做了一个实验。用一种叫α粒子的粒子轰击一片薄金箔,他发现大部分的粒子都能通过金箔,只有极少数会被弹开。如果原子结构正如枣糕模型,正负电荷均匀分布,应该大部分粒子都被弹开才是。由此他认为原子中的正电荷部分一定体积极小,但是却占有了整个原子的大部分质量。由此他提出了一个类似太阳系的原子模型叫太阳系模型——带正电的原子核像太阳在中心,带负电的电子像行星绕着太阳旋转。

 
由二个上夸克及一个下夸克所构成的质子。

卢瑟福发现原子核中有一种带正电的质子Proton)。后来英国物理学家詹姆斯·查德威克(James Chadwick)还发现了原子核中有一种不带电的中子neutron)。每个电子带1个负电荷,每个质子带1个正电荷,一般原子中电子和质子数量相等,因此正负电荷抵消,原子对外不显电性。

经过科学家们的研究,质子和中子又是由更小的微粒夸克quark)构成的。人类对于微观世界的探索,永远没有穷尽。

相对原子质量编辑

我们知道,原子很小很小,一个氢原子质量大约为1.67×10-27 kg。不同的原子质量也有所不同。但是原子质量如此小,书写及使用都不方便。于是,人们使用了另一种表示原子质量的方法——相对原子质量atomic mass),又叫原子量,符号为 ,单位为1。

人们以一种原子(叫碳-12)质量的1/12作为标准,以其他原子质量与其比较所得到的比作为这种原子的相对原子质量,这种碳原子含有6个质子与6个中子,其质量的1/12等于1.6×10-27 kg。按这个标准,氢原子的相对原子质量约为1。

和质子、中子相比,电子质量很小。因此,原子的质量主要集中在原子核上。质子和中子的质量均约等于相对原子质量标准。相对原子质量是化学计算中十分常用的数据,可从书后附录中查到。

课后自主学习编辑

  1. 查找资料,写一篇《微观世界漫游记》。
  2. 氧原子的质量大约是2.657×10-26 kg,计算其相对原子质量。
  3. 以道尔顿的原子理论为依据,你怎样解释纯物质的每个样品都具有相同的性质?