第二节 原子　

道尔顿与原子论

　　关于物质是由许多微小的、单个的粒子组成的论说，早在远古时代哲学家们就已经提出了。公元前5世纪，我国著名哲学家墨翟就指出：物质到了没有一半的时候，就不能斫开它了。物质如果没有可分的条件，那就不能分了。一切物质都是由最小的单位"端"组成的。同时，希腊哲学家德谟克利特认为：宇宙万物皆由大量的极微小的、硬的、不可穿透的、不可分割的粒子所组成。他称这些粒子为原子。18世纪末，随着工业革命的发展，对物质化学成分和化学反应过程的研究只有深入到物质结构领域，才能进一步获得成效。英国科学家道尔顿（Dalten 1766-1844）把古代模糊的原子假说发展为科学的原子理论，为近代化学的发展奠定了重要的基础。恩格斯曾誉称他?quot;近代化学之父"。道尔顿一生勤奋好学，认真进行科学实验，自制简单的气压计、温度计等仪器，分析从乡村、城市、高山、深谷等地收集到的空气样品。虽然他不是一位分析化学家，但是他却从自己的实验结果中得出所有来自不同地方的空气组成都是一致的结论。他向自己提出这样的问题：水和油混合后，油比较轻，浮在上层，水较重，沉在下面。而为什么空气中不同轻重的气体能够均匀混合呢？他认为这是由于空气不停地流动，从一个地方流向另一个地方的缘故。由此，他想到了古代自然哲学中物质组成的原子说。经过他不断的实验探索，1803年提出原子论：①元素的最终组成称为简单原子，它们是不可见的，是既不能创造，也不能毁灭和不可再分割的。②同一元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同，不同种元素的原子在形状、质量及各种性质上则各不相同。每一种元素以其原子的质量为其最基本的特征。③不同元素原子以简单数目的比例相结合，就形成化学中的化合现象。化合物的原子称为复杂原子。复杂原子的质量为所含各种元素原子质量之总和。同一化合物的复杂原子， 其形状、质量和性质也必然相同。尽管道尔顿的原子论的观点有多处不妥之处，但正是它使化学带入了一个新的时代。

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探索原子核奥秘的钥匙－中子

　　1932年，物理学家查德威克发现了其质量同质子相当的中性粒子，这正是1920年卢瑟福猜想原子核内可能存在的一种中性的粒子，即中子。他因此获1935年诺贝尔物理学奖。
1932年，海森伯和伊凡宁柯各自独立地提出了原子核是由质子和中子组成的核结构模型。由于中子不带电荷，不受静电作用的影响，可以比较自由地接近以至进入原子核，容易引起核的变化，因此，它立即被用来作为轰击原子核的理想"炮弹"。
　　中子的发现为核物理学开辟了一个新的纪元，它不仅使人们对原子核的组成有了一个正确的认识，而且为人工变革原子核提供了有效手段。它可以说是打开原子核奥秘的"钥匙"，在开发原子能的伟大事业中大显身手。

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现代原子论的提出

　　

    1803年，化学家道尔顿提出：化学元素是由非常微小的，不可再分的微粒－原子所组成。他的原子论为许多经验性的化学定律提供了清晰的理论解释，使人们认识到隐藏在纷纭复杂的化学现象背后的统一本质。

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原子模型

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原子是否真的存在？

　　原子学说是化学的重要基础。在化学家的眼中，几乎每一个化学反应及每一条定律都可运用原子来解释。但事实上，我们怎样能够肯定原子的存在？直到扫瞄隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope)的出现，这个问题的答案才得以证实。扫瞄隧道显微镜于1981年由 IBM公司研究成功，它可把物件表面放大一百万倍，足以让化学家直接观看原子的样貌。

　　扫瞄隧道显微镜的原理如下：一个尖端只有一至两个原子的钨制探测器在物件表面扫瞄，并给予探测器微量电压。当它被放置到与物件表面差不多只有数个原子的距离，微弱的电流便会由物件的表面流向探测器，这个步骤称为电子隧道效应。由于电流的强弱变化对微少的距离转变十分敏感，譬如距离改变了100 pm，电流便有可能有过千倍的转变。为了保持均一的电流，探测器的高度作出适当的调整，由此扫瞄整个物件表面，便可得出一幅立体的表面图像。

　　目前扫瞄隧道显微镜主要应用在表面化学的研究当中，虽然这项技术还未完全发展，但它的前途是无可限量的。

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