[认识分子和原子] 分子和原子

时间：2018-12-28 03:28:50　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　广袤而深邃的星空，隐藏着无穷的奥秘。自古以来，人们一直试图用各种方法探究宇宙。20世纪以来，随着科学技术的发展。人类已成功发射了人造卫星，并成功地登上了月球。现今，人类的宇宙探测器已探访了太阳系的各大行星，同时，正向太阳系外更遥远的星球跋涉。同时，宇宙万物的原始组成，自古以来在世界各地都引起了人们极大的兴趣。人们也在一直关注物质结构的问题，科学家们也从来没有停止过对物质组成的微观世界探索的步伐。
　　关于物质结构的朴素的原子概念可以追溯到古代，现存最早关于原子概念的阐述可以追溯到公元前6世纪的古印度。大约在公元前450年，古希腊哲学家德谟克利特创造了“原子”这个词语，意思就是不可切割。公元前4世纪左右，我国战国时期著名的思想家墨翟在其著作《墨子》中也独立提出了物质有限可分的概念，并将最小的可分单位称之为“端”。虽然人们很早就提出了原子分子学说，但原子和分子的存在很长一段时间没有得到科学上的证实，仅停留在猜想和假说的阶段。直到1827年。英国植物学家布朗用显微镜观察到水中悬浮的藤黄粒子所做的永不停止的无规则运动――布朗运动，才间接地显示了物质分子的存在，并且表明了聚集成液体或气体的分子是处于永不停息的运动中。花粉或尘埃的无规则运动就是分子等微粒运动的间接证明。生活中大量存在着固体、液体、气体的扩散现象。说明一切物质的分子都在做永不停息的无规则运动，并且温度越高，分子的无规则运动越剧烈。一个吹足气的气球悬挂在房间里，过几天就瘪掉了，里面的气体跑哪儿去了呢?为什么食盐、冰糖溶于水后只能感觉到它们的存在，而看不见了呢?科学研究发现，原来物质是由极其微小的、人们肉眼看不见的微粒组成的。这些微粒保持了物质原来的性质。我们把它们叫做分子。气球中的气体分子通过气球分子的空隙跑到了气球外面。而食盐、冰糖分别由食盐微粒和冰糖微粒构成；溶于水后。这些微粒分散到水中，无法看见，但通过味觉能感觉到它们的存在。分子很小。一般分子直径的数量级为10-10m。描述分子的大小常用纳米作单位(1nm=10-9-m)，例如水分子的直径约为4×10-10m,也就是0.4nm。如果拿一个水分子与乒乓球比较，就相当于拿一滴水与整个地球相比较。由于分子很小，物体所含的分子数量就很多，一滴水里大约有1.67×1021个水分子。既然分子是不断运动的。组成固体和液体的微粒为什么不会散开而能保持一定的体积和形状呢?这主要是因为一切物质的分子之间都存在相互作用的力。而构成气体的微粒由于空隙较大，大约为固体、液体分子间距的十倍左右，分子间的引力和斥力都很小，几乎可以忽略，故气态物质很容易被压缩，也没有固定的形状和体积。
　　2000多年前，希腊哲学家德谟克利特主张宇宙万物只有一种起源，即他称为“原子”。的一种极小颗粒，他认为原子不可分割，无质的区别而只有大小、形状的差异，“原子”和“虚空”是万物的本原。19世纪，英国化学家和物理学家道尔顿提出了原子论，他认为。化学元素是由非常微小的、不可再分割的物质粒子即原子组成，原子是不可改变的。化合物由分子组成，而分子是由几种原子化合而成，是化合物的最小粒子1897年，英国物理学家约瑟夫・汤姆生证明，阴极射线(真空管内金属电极在通电时其阴极发出的射线)是一种粒子流，其质量很小，汤姆生将其命名电子，它是电荷的最小单位，比原子更小。是一切原子的共同组成部分。电子的发现打破了人们一直以来认为原子不可再分的设想。汤姆生建立了原子的葡萄干布丁模型，认为电子是平均地分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。1906年汤姆生因研究气体导电理论发现电子获得了诺贝尔物理学奖。
　　1911年英国著名科学家卢瑟福做了一个实验，他用带正电的氦原子核(α粒子)轰击金属箔，发现有极小部分仪粒子发生了偏转，有的甚至原路返回，但大部分都穿过了金属箔。由此卢瑟福推断出原子的大部分体积是空的。电子随意地围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转，类似于行星围绕着太阳运转一样。提出了他的原子核式结构模型，主要内容有：(1)在原子的中心有一个很小的原子核；(2)原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行绕核运动。卢瑟福在实验基础上建立了原子的核式模型，揭示了原子核这一物质更深层次的存在，他和他直接或间接指导过的许多世界各地的物理学家形成了一个大的学派，一切从实际出发，开创了几十年原子核物理研究和核技术应用的兴旺发达局面。他是原子核物理的开拓者，也是探索原子核奥秘的带头人。1914年，卢瑟福用阴极射线轰击氢，结果使氢原子的电子被打掉，变成了带正电的阳离子，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。在新的原子模型的基础上，卢瑟福估计原子核的半径约为10--14m，大约只有原子半径的万分之一。原子的绝大部分质量集中在如此小的原子核内，因此核内物质的密度极高，它比通常物质的密度大约高出1012倍，1cm3的核物质将有约千吨重的量级。1932年卢瑟福的一位学生――英国物理学家詹姆斯・查德威克在卡文迪什实验室里通过一种加速方法使质子获得高能，从而撞击原子核，找到了12年前他的老师卢瑟福所预言的粒子――中子。并且测量了中子的质量，证明了这种粒子具有几乎与质子相等的质量。确证了中子确实是电中性的。为此，他获得了1935年的诺贝尔物理学奖。
　　至此，人们对原子的结构建立了比较全面的认识：原子是由原子核和核外电子构成的；原子核由质子和中子构成，几乎集中了原子的全部质量，质子带正电，中子不带电；核外电子带负电，按一定的轨道绕原子核高速转动；原子核带正电荷，核外电子带负电荷，两者所带电荷量相等，电性相反，因此，原子本身呈中性。
　　科学家们对物质结构的认识还在不断走向深入，如夸克理论的提出，各种基本粒子的发现等，取得了许多新的突破。核能的开发和利用也越来越成为全球关注的热点，这些科技成果必将对人类社会产生全面而深刻的影响。21世纪，科技发展日新月异，伴随着更为先进的高能粒子加速器的投入使用。人们对物质微观世界的探索将跨入一个新的快车道。希望同学们勤奋学习，不断增长知识和才干，将来为物理学的发展续写新的辉煌篇章。

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