原子的基本概念及其结构有助于更好地理解有机分子的结构。这篇文章将详细讨论什么是原子，原子的结构(原子结构)，不同类型的原子模型及其应用。
什么是原子
从科学上讲，原子是任何物质的最小组成单位。更简单地说，原子可以被称为宇宙的乐高积木。就像数百个不同的乐高积木连接在一起形成一个单一的结构一样，原子也是我们周围一切事物的基本组成部分。
图1 - Atom简介
古希腊哲学家德谟克利特(Democritus)是最早提出所有物质都由原子组成且原子是完全固体的原子理论家之一。
他还指出，它是物质的最小单位，不能进一步分解(分裂)。他把他的理论称为“宇宙原子理论”。这个原理后来被约翰·道尔顿采用，今天世界公认他是“现代原子理论之父”。
然而，原子理论是在近2500年前由一位名叫阿查里亚·卡纳德的印度圣人和哲学家发现的。他把不可分割的物质称为“Anu”(梵文)，意思是原子。他是原子理论的先驱，创立了一所名为“Vaisheshika哲学学校”的学校，在那里他教授了关于“原子理论”的格言。
图2——印度圣贤阿查里亚·卡纳德
原子的结构
宇宙中的一切都是由原子构成的。以现代科学的理解，我们已经确定了关于原子性质的某些事实。我们知道每个原子都是由三个基本部分组成的原子核。它们是:
- 质子
- 中子
- 电子(不是原子核的一部分)
图4 -原子结构
质子
质子是原子核带正电的部分，是任何元素化学性质的重要组成部分。原子中质子的数量决定了每种元素的性质。原子的特性是由它的原子序数决定的。
原子序数是指原子核中的质子数。氧(人类生存所必需的最重要的气体)的原子序数是8，在它的原子核里有8个质子。
质子是欧内斯特·卢瑟福在1919年发现的。他通过α粒子轰击实验做到了这一点。在这个实验中，在高压发生器的帮助下，一个真空管受到带正电荷(α粒子)。
图3 -卢瑟福α-粒子实验
在这样做的过程中，管内的闪烁探测器探测到氢核的存在。经过进一步的实验，他发现同样的氢核也存在于氮原子中。这证明了氢原子在氮原子内部的存在。由此可见，后来被重新命名为“质子”的氢原子核存在于每个原子内部。
中子
中子是原子中不带电的亚原子粒子。中子也是核子。在原子核内部，中子和质子的工作原理相似，因此它们的质量相等。
原子的性质也由原子核中的中子数决定。中子在核能的释放中起着很大的作用。在它被发现后的几十年里，科学家们利用中子为许多核实验提供动力。
电子
电子是带负电的原子亚原子粒子。电子在轨道上围绕原子核旋转。这些轨道又分为子轨道和轨道。最内层轨道的能级最低，电子数最少。
向外移动时，轨道的能级增加，电子的数量也增加。在这些更高的能级上，轨道分成更多的亚轨道;从而允许更多的电子被添加到轨道上。
电子上的负电荷是质子上正电荷大小的负数。我们知道一个稳定的原子总是带中性电荷。要使这种无电荷条件成为可能，质子的数目必须等于电子的数目。因此，原子上的总电荷将等于零。
原子模型的类型
在原子物理学的历史上出现了几种原子模型。几种型号如下:
- j.j.汤姆森的原子模型(葡萄干布丁模型)
- 卢瑟福原子模型
- 玻尔原子模型
- 量子力学原子模型
j.j.汤姆森的原子模型(葡萄干布丁模型)
原子的第一个模型是由j.j.汤姆森提出的，他提出了葡萄干布丁模型。在这个原子模型中，带正电的部分分布在原子的整个体积中，电子似乎被嵌入其中碗带正电的布丁和电子被比作李子．很明显，他对原子结构的解释被比作一碗葡萄干布丁。
图5 -葡萄干布丁模型示意图
这个理论的局限性在1911年被卢瑟福充分地阐明，他声称汤姆逊的原子结构模型是“错误的”，因为他的实验证明了带正电的原子核是如何集中在原子的中心，而不是分布在原子的整个体积上。
详细阅读j.j. Thomson的原子模型(葡萄干布丁模型)
卢瑟福原子模型
卢瑟福提出了原子结构的“核模型”。根据这种结构，原子核被放置在中心，电子被放置在原子核周围。这个模型的问题是电子的位置不清楚。
质子和中子是这个模型的主要焦点，因为它们构成了原子的大部分质量。然而，电子占据了最大的体积。
图6 -卢瑟福原子模型
正如我们所看到的，这个理论的问题在于电子的位置。这个问题在以后的几年里由尼尔斯·玻尔在他的原子模型中修正了。
玻尔原子模型
尼尔·玻尔的原子模型在1913年被称为“壳层模型”，他提出了电子的圆形轨道，并给出了能级理论。这个理论解释了为什么低能级轨道比高能级轨道拥有更少的电子。
这个原子模型解释了电子的位置以及原子核的位置。它由一个密集的原子核和围绕它旋转的电子组成，就像我们的太阳系一样。
图7 -玻尔的原子模型
太阳系的结构与尼尔·玻尔的原子结构的唯一不同之处在于把它们凝聚在一起的力不同。太阳系是由引力维系在一起的，原子是由静电引力维系在一起的。
上面的图7是玻尔原子模型的表示，其中能级用整数(n=1,2,3,4…)表示，K, L, M, n壳层被分配到不同的轨道上。电子通过获得能量从低能级移动到高能级，反之亦然。
量子力学原子模型
新的“量子力学原子模型”是由欧文·薛定谔在1926年提出的。这种原子模型非常复杂，认为电子是波状的，而不是亚原子粒子。他用数学方程式计算电子在其轨道上某一特定点存在的可能性。
图8 -量子力学原子模型
由于电子的位置不清楚，轨道显示为云而不是完美的路径，因为必须确定电子的位置。
原子的应用
这些应用包括:
- 核裂变和核聚变实验是在原子理论的基础上进行和控制的。
- 原子弹是为战争和和平而研制的。
- 原子理论促成了量子物理学领域的革命。
- 对原子的研究帮助发现了晶体管、二极管、CRT(电子枪)。
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