初中科學/17.2 原子的構造

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 17.1 認識分子 初中科學 > 第十七單元:探究物質的構成
17.2 原子的構造
17.3 元素與元素周期表 
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蔗糖分子結構圖

前面我們提到,10g蔗糖對半分下去,直到分成一個個的蔗糖分子,它都還是蔗糖,都能保持蔗糖原本的性質。那麼分子還能再分嗎?如果分子再分下去,那還叫蔗糖嗎?分子之內,又會有怎樣的一個廣闊的世界呢?


Livre ouvert.svg 這節課你將學到:
  1. 原子是什麼?
  2. 原子是由什麼構成的?
  3. 什麼是相對原子質量?

構成物質的微粒——原子[編輯]

上節課我們已經知道,分子是構成物質的一種微粒,通過這節課的學習,我們要知道,原子Atom)也是構成物質的一種微粒。

原子既可以直接構成物質,比如都是由原子直接構成的,構成它們的原子分別叫金原子和氦原子。此外分子還都是由原子構成的,比如一個水分子含2個原子和1個原子。原子非常小,一粒人肉眼剛能看到的最小灰塵,其中也包括了大約1015個微小的原子!

原子是化學反應中的最小單位,化學反應的實質就是原子的分離與重組。舉例:在「過氧化氫 → 水 + 氧氣」這個反應中,每2個過氧化氫分子(共含4個氧原子、4個氫原子)重組,其中4個氫原子和2個氧原子組成2個水分子(各含2個氫原子、1個氧原子),剩餘2個氧原子組成1個氧氣分子(含2個氧原子)。

提出近代原子論的科學家是約翰·道爾頓(John Dalton)。

原子的構成[編輯]

原子一詞,在希臘語中的原意就是「不可分割」,那麼原子真的不可分割嗎?

我們知道,有些物質會帶電,我們稱之為帶電荷electric charge),電荷又分為正電荷和負電荷兩種。1897年,英國物理學家約瑟夫·湯姆孫(Joseph Thomson),突破性地從陰極射線中,發現了一種帶負電荷的粒子,這種粒子名叫電子Electron)。科學家們證明,電子是原子的一部分。

湯姆孫的原子棗糕模型
盧瑟福的原子太陽系模型,這裏是(Li)原子,中央是原子核,有質子和中子,外圍是環繞的電子。

但是,由於電子帶負電,而整個原子對外不顯電性,那麼原子中一定還有帶正電的部分與之相互抵消。湯姆孫提出了棗糕模型。他認為整個原子就像一個棗糕,其中帶正電的就是糕,而帶負電的電子就像棗一樣鑲嵌其中。

但在1909年,紐西蘭物理學家歐內斯特·盧瑟福(Ernest Rutherford)同他的學生做了一個實驗。用一種叫α粒子的粒子轟擊一片薄金箔,他發現大部分的粒子都能通過金箔,只有極少數會被彈開。如果原子結構正如棗糕模型,正負電荷均勻分佈,應該大部分粒子都被彈開才是。由此他認為原子中的正電荷部分一定體積極小,但是卻佔有了整個原子的大部分質量。由此他提出了一個類似太陽系的原子模型叫太陽系模型——帶正電的原子核像太陽在中心,帶負電的電子像行星繞着太陽旋轉。

由二個上夸克及一個下夸克所構成的質子。

盧瑟福發現原子核中有一種帶正電的質子Proton)。後來英國物理學家詹姆斯·查德威克(James Chadwick)還發現了原子核中有一種不帶電的中子neutron)。每個電子帶1個負電荷,每個質子帶1個正電荷,一般原子中電子和質子數量相等,因此正負電荷抵消,原子對外不顯電性。

經過科學家們的研究,質子和中子又是由更小的微粒夸克quark)構成的。人類對於微觀世界的探索,永遠沒有窮盡。

相對原子質量[編輯]

我們知道,原子很小很小,一個氫原子質量大約為1.67×10-27 kg。不同的原子質量也有所不同。但是原子質量如此小,書寫及使用都不方便。於是,人們使用了另一種表示原子質量的方法——相對原子質量atomic mass),又叫原子量,符號為,單位為1。

人們以一種原子(叫碳-12)質量的1/12作為標準,以其他原子質量與其比較所得到的比作為這種原子的相對原子質量,這種碳原子含有6個質子與6個中子,其質量的1/12等於1.6×10-27 kg。按這個標準,氫原子的相對原子質量約為1。

和質子、中子相比,電子質量很小。因此,原子的質量主要集中在原子核上。質子和中子的質量均約等於相對原子質量標準。相對原子質量是化學計算中十分常用的數據,可從書後附錄中查到。

課後自主學習[編輯]

  1. 查找資料,寫一篇《微觀世界漫遊記》。
  2. 氧原子的質量大約是2.657×10-26 kg,計算其相對原子質量。
  3. 以道爾頓的原子理論為依據,你怎樣解釋純物質的每個樣品都具有相同的性質?