2023年4月18日发(作者：入声韵)原子结构模型的发展史
原子结构模型发展史
一原子的提出和物质的结构猜想
从古希腊时期人们就开始研究物质的理论。人们对客观世界的研
究从神话慢慢过渡到自然哲学的研究中。在这个阶段发展了“物质”
的概念并试图去解释纷繁的事物的表象，从这时起，人们由寻找“世
界从哪里来”的问题转变成了“世界是由什么组成的”问题[1]。
原子论的创始人一般认为是同一时期的留基波和德谟克里特这两
个人。留基波认为：“每个整体是由无数粒子组成的，每个粒子刚硬，
立体而不可分割。”而德谟克里特首次提出了原子的概念：“物质由
原子组成，虚空而真实的空间是原子运动的场所。人类的知识来源于
原子对感官的影响。原子是同一的，原子的特殊组合是变换的。宁宙
的一切事物都是由在虚空中运动着的原子构成。所有事物的产生就是
原子的结合，它们的形状像水槽，或是钩子。它们依靠钩状的和环状
的形状相连接。原子的形状和体积不同，但它们的质量是相同的。原
子在虚空中只有通过直接接触才能相互作用。”
此后原子论并没有得以继续和快速的发展，直到西方文艺复新后，
自然科学的研究逐渐受到重视。在这期间，笛卡尔提出日语文章
了微粒子理论
[1]，他假设空间最初充满了物质。笛卡尔否认原子的不可分割性，他
认为最初的宇宙由大小相同的粒子组成，这些粒子沿封闭曲线形成旋
涡，结果造成今天的宇宙基本上由三种不同的粒子组成，这些粒子的
性质可由质量、速度和运动的量等进行定量的描述。他和德谟克利特
的观点不同，他认为原子可以分成两部分或者更多部分。对于笛卡尔
来说物体没有如坚硬、颜色或者其他的通过感官可以观察到的特征，
物体只有物理尺度：长度、宽度和深度。
二科学依据的原子论
原子的概念进一步发展，人们逐渐发现不同的原子具有不同的性
质。原子中的相应的化学元素的性质决定着物质的性质。在这些基础
上，道尔顿系统地提出了原子学说[2]：化学元素均由原子组成，原子
在一切化学变化中不可再分；同种
元素的原子性质和质量都相同。不同元素原子的性质和质量各不
相同，质量是元素原子的基本特征之一；不同元素化合时，原子以简
单整数比结合。道耳顿第一次将原子从哲学带入化学研究中，对原子
认识方面做出了不可磨灭的贡献，他通常被看成是科学原子论之父。
在19世纪末物理学上有了三大发现：伦琴发现了X射线，贝克勒
尔发现了物质的放射性以及汤姆生实验发现了电子的存在。这些发现
揭示了原子具有复杂的结构。汤姆逊设想的原子结构模型是：在一团
均匀弥漫的正电荷球体里，分布着一颗颗电子。这些电子绕原子的中
心旋转并且具有壳层结构，形成电子环, 这就是著名的“葡萄干布丁”
模型[3]。由这个模型出发，汤姆逊对当时发现的一些现象进行了解释，
同时提出了关于原子结构方面的一些比较深刻的见解：第一，关于放
射性的来源。汤姆逊指出电子在一定的环上运动是加速运动, 按照经典
电磁理论，蓝宝石多少一克拉
它会向外辐射，用这一现象便可以解释放射性[4]。第二，
关于原子内电子分布的周期性。汤姆逊认为，每一个电子在环上运动
产生的辐射受到邻近电子的抑制。由于电子之间互相排斥，当足够多
的电子聚集到同一个电子环上时，不再发出辐射，力学稳定性要求每
一电子环上只能容纳一定数目的电子。当在一个电子环上容写心情的句子
纳的电子
数目超出了力学稳定性的要求时，任何一个电子产生的摄动都会使一
个环崩溃。因而，力学稳定性的条件可能是原子内电子分布周期性的
一个线索[5]。
卢瑟福1910年底依据粒子散射实验却提出了原子的核式结构模型
[6]。他认为所有原子都有一个原子核，核的体积只占整个原子体积很
小的一部分，原子的正电荷以及绝大部分质量集中在核上，电子香蕉可丽饼
像行
星绕着太阳那样绕核运动。卢瑟福模型的可取之处：大胆提出了以核
为中心以及高密度原子核概念，还有将原子分为核内和核外两部分。
然而，卢瑟福模型并不能解释原子的稳定性以及原子发射的是线状光
谱。
通过精心研究，玻尔认为[7]：原子有一个带正电的原子核，电子
分布在以原子核为中心的不同圆环上运动。为了说明电子的普遍稳定
性和原子的辐射特牲，他提出了两条假设：即稳定态假设和辐射频率
假设。他提出原子能够，而且只能够稳定地存在于与分立的能量相应
的一系列状态中，在不同轨道上运动的电子具有不同的量子化的能量；
原子能量的任何变化，只能在两个定态之哄女友睡前浪漫小故事
间以跃迁的方
式进行，如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，
就形成了光谱。
三现代较完善的原子模型
20世纪20年代以来现代模型（电子云模型）电子绕核运动形成
一个带负电荷的云团，对于具有波粒二象性的微观粒子在一个确定时
刻其空间坐标与动量不能同时测准，这是德国物理学家海森堡在1927
年提出的著名的测不准原理。物理学家德布罗意、薛定谔和海森堡等
人，经过1扎脚
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年的艰苦论证，在现代量子力学模型在玻尔原子模型的基
础上很好地解释了许多复杂的光谱现象，其核心是波动力学。在玻尔
原子模型里，轨道只有一个量子数（主量子数），现代量子力学模型
则引入了更多的量子数[8]。
①主量子数，主量子数决定不同的电子亚层，命名为K、L、M、
N、O、P、Q。
②角量子数，角量子数决定不同的能级，符号“l”共n个值（1，
2，3，...n-1)，符号用s、p、d、f、g，表示对多电子原子来说，电子
的运动状态与l有关。
③磁量子数磁量子数决定不同能级的轨道，符号“m”。仅在外
加磁场时有用。“n”“l”“m”三个量确定一个原子的运动状态。
④自旋磁量子数处于同一轨道的电子有两种自旋，即“↑↓”自旋
现象的实质还在探讨当中。
四总结
原子模型从最初的古希腊时期的哲学上的猜想与假设，经过一代
代科学家不断地发现和提出新的原子结构模型的过程，使人们逐渐真
正认识了世间事物的本质。原子模型的不断修正和改进始终伴随着科
学技术的进步与发展，模型理论产生于实验研究的结果和现象，又将
理论用于解释一定的物理现象，使原子模型有着充分的科学依据。古
希腊哲学上的原子论启发了近现代的各种原子模型，明确了物质是由
原子组成的，并且在不停地运动。道尔顿原子论使人们真正从科学的
角度来看待原子模型。汤姆生模型中对电子的肯定、卢瑟福模型对原
子核的断定、以及波尔模型的稳定态假设和辐射频率假设以及现代量
子力学模型的出现，正是社会进步的体现。
参考文献：
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