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原子
化學(xué)反應(yīng)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(zhì)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(xué)變化中不會發(fā)生改變，原子是所有生命和物質(zhì)組成的基本單位。但是，原子并不是最小物質(zhì)，原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的。
基本信息
中文名
原子
英文名
atom
類型
物理、化學(xué)概念
組成
原子核、核外電子
簡介
原子在化學(xué)變化中是不可在分割的，但是原子并不是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元。因為原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的，而原子核是由帶一個單位正電荷的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成的，他們之間靠強相互作用結(jié)合在一起形成原子核。質(zhì)子和中子還可以繼續(xù)分解，它們由更小的夸克構(gòu)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(xué)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(dá)10m/s。
原子并不是一個致密的實心結(jié)構(gòu)，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(xué)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(zhì)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(zhì)組成的本質(zhì)，是基于哲學(xué)這一框架。人們利用哲學(xué)的思辯和樸素猜想，來探究物質(zhì)的基本組成，而思辯是沒有科學(xué)驗證的一層層推測。因此，對于世界物質(zhì)的組成，人們有著不同的認(rèn)知。
古希臘元素論很好的為原子論奠定了基礎(chǔ)，阿納克西美尼認(rèn)為萬物的本源是氣，元素就是氣；而赫拉克利特則認(rèn)為世界萬物最基本元素為火；古希臘的哲學(xué)家柏拉圖提出“四元素”說，認(rèn)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(xué)說的流行促進了人們?nèi)ヌ骄课镔|(zhì)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(chǔ)。
德謨克利特
古希臘自然哲學(xué)家阿那克薩戈拉的“種子論”是對物質(zhì)基本構(gòu)成的新探索，德謨克利特在此基礎(chǔ)上，從物質(zhì)構(gòu)造層面猜想不可分割的物質(zhì)，既而提出原子論。德謨克利特認(rèn)為原子有各自的大小、形狀和位置，不同的物質(zhì)由不同原子構(gòu)成；原子是不可分割的，是構(gòu)成物質(zhì)的本源；原子的數(shù)目是無限的，性質(zhì)是相同的，外部形狀的不同、結(jié)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(zhì)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(xué)家》，這一著作的問世，被譽為“近代化學(xué)的開端”。在書中，R.Boyle對17世紀(jì)60年代以前歐洲的化學(xué)思想提出了懷疑，其中包括"元素"概念、化學(xué)物質(zhì)的構(gòu)成方式。
18世紀(jì)中期，俄國科學(xué)家羅蒙諾索夫（Mikhil Vasilievich Lomonosov）在微粒哲學(xué)的基礎(chǔ)上闡述了物質(zhì)結(jié)構(gòu)的概念，他認(rèn)為物體是由微粒組成的，物體的性質(zhì)取決于組成物體的微粒的性質(zhì)，物體的微粒運動的結(jié)果產(chǎn)生熱。
1803年，英國科學(xué)家道爾頓（John Dalton）把原子學(xué)說第一次從推測轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)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(xué)說：物質(zhì)是由具有一定質(zhì)量的原子構(gòu)成的，元素是一類原子的總稱，化合物是由構(gòu)成該化合物成分的元素的原子結(jié)合而成的，進一步說明了化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)就是原子的重新組合，通過原子量的計算，可以推測物質(zhì)的組成。
道爾頓
法國化學(xué)家在進行氣體實驗的基礎(chǔ)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(xué)說奠定了基礎(chǔ)。
1811年，意大利科學(xué)家阿伏加德羅（Ameldeo Avogardo）認(rèn)為構(gòu)成氣體的粒子不是原子，而是分子。單質(zhì)屬于分子，分子是由同種原子構(gòu)成的，化合物的分子是由幾種不同的原子構(gòu)成的。在此基本框架上，經(jīng)過科學(xué)家們的不斷探索，新的原子分子學(xué)說逐步完善：物質(zhì)是由分子組成的，分子是保留原物質(zhì)性質(zhì)的最小微粒。分子是由原子組成，原子則是用化學(xué)方法不能再分割的最小粒子，它已失去了原物質(zhì)的性質(zhì) 。
1827年，英國科學(xué)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(jié)構(gòu)論
直到19世紀(jì)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(xué)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(xué)獎；
1896年5月18日，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了天然物質(zhì)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(xué)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(jì)末物理學(xué)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(rèn)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(fù)電荷通過靜電作用達(dá)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(gòu)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(zhuǎn)。即發(fā)生了散射現(xiàn)象；只有極少數(shù)的α粒子偏轉(zhuǎn)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(rèn)為原子中絕大部分空間是被帶有負(fù)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(zhì)量，并且把構(gòu)成原子核的粒子稱為質(zhì)子。但是，該模型解釋了物質(zhì)的帶電屬性，但是不能解釋所有原子的質(zhì)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(zhì)量主要由帶正電荷的質(zhì)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(dāng)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(chǔ)上提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型。
1923年法國物理學(xué)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(xué)家薛定諤建立了電子波動方程；德國物理學(xué)家海森堡提出“測不準(zhǔn)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(gòu)成
原子核
原子核（atomic nucleus）是由質(zhì)子和中子構(gòu)成。原子的質(zhì)量主要就集中在原子核，占到99.96%以上原子的質(zhì)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(gòu)成原子核的質(zhì)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(zhì)子之間所帶正電荷的電磁斥力而結(jié)合成原子核。原子核的能量極大, 當(dāng)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(zhì)子（proton）
帶有1.6 × 10庫侖(C)正電荷，質(zhì)子的直徑約為1.6~1.7×10 m，質(zhì)量約為1.6726×10Kg。質(zhì)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(zhuǎn)動形成軌道角動量，最終產(chǎn)生質(zhì)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(xué)卡文迪許實驗室的英國物理學(xué)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)，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(rèn)是一種粒子，該粒子（即電子）的質(zhì)量僅僅是氫原子質(zhì)量的一個很小的分?jǐn)?shù)值(現(xiàn)在已知值為1／1837)。電子帶負(fù)電，電量為1.602×10C，是電量的最小單元，質(zhì)量為9.10956×10kg（氫原子質(zhì)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(zhì)之中。核輻射是原子核從一種結(jié)構(gòu)或一種能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)變過程，核內(nèi)的一個中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)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(zhuǎn)變過程，核內(nèi)的一個質(zhì)子轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhì)具備磁性的本質(zhì)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(zhuǎn)的電子構(gòu)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(zhuǎn)，即能量不同的電子處于不同的相應(yīng)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(yuǎn)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(zhì)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(zhì)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(guān)。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(zhì)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(zhì)量
以一種碳原子質(zhì)量的1/12作為標(biāo)準(zhǔn)（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(zhì)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(chǔ)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(fù)性
電負(fù)性表示原子形成正負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(xué)式中寫在元素符號的右下方（右下標(biāo)）。如：CO2，數(shù)字2的意義為：一個CO2分子含有兩個O原子。
相關(guān)概念
核素
一類具有確定質(zhì)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(zhì)量數(shù)和質(zhì)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(zhì)子數(shù)的一類核素。如，18Ar、20Ca。
同量異位素
質(zhì)量數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)不同的一類核素。如，18Ar、20Ca。
原子相關(guān)的文章
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
