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幼苗
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从英国化学家和物理学家道尔顿（J.John Dalton ,1766～1844）（右图）创立原子学说以后,很长时间内人们都认为原子就像一个小得不能再小的玻璃实心球,里面再也没有什么花样了.从1869年德国科学家希托夫发现阴极射线以后,克鲁克斯、赫兹、勒纳、汤姆逊等一大批人科学家研究了阴极射线,历时二十余年.最终,汤姆逊（Joseph John Thomson）发现了电子的存在请浏览科技园地“神秘的绿色荧光”.通常情况下,原子是不带电的,既然从原子中能跑出比它质量小1700倍的带负电电子来,这说明原子内部还有结构,也说明原子里还存在带正电的东西,它们应和电子所带的负电中和,使原子呈中性.原子中除电子外还有什么东西? 电子是怎么待在原子里的? 原子中什么东西带正电荷? 正电荷是如何分布的? 带负电的电子和带正电的东西是怎样相互作用的? 一大堆新问题摆在物理学家面前.根据科学实践和当时的实验观测结果,物理学家发挥了他们丰富的想象力,提出了各种不同的原子模型. 行星结构原子模型 1901年法国物理学家佩兰（Jean Baptiste Perrin,1870 1942）（左图）提出的结构模型,认为原子的中心是一些带正电的粒子,外围是一些绕转着的电子,电子绕转的周期对应于原子发射的光谱线频率,最外层的电子抛出就发射阴极射线. 中性原子模型 1902年德国物理学家勒纳德（Philipp Edward Anton Lenard,1862—1947）（右图）提出了中性微粒动力子模型.勒纳德早期的观察表明,阴极射线能通过真空管内铝窗而至管外.根据这种观察,他在1903年以吸收的实验证明高速的阴极射线能通过数千个原子.按照当时盛行的半唯物主义者的看法,原子的大部分体积是空无所有的空间,而刚性物质大约仅为其全部的10－9（即十万万分之一）.勒纳德设想“刚性物质”是散处于原子内部空间里的若干阳电和阴电的合成体. 实心带电球原子模型 英国著名物理学家、发明家开尔文Lord Kelvin,1824～1907 （左图）原名W.汤姆孙（William Thomson）,由于装设第一条大西洋海底电缆有功,英政府于1866年封他为爵士,并于1892年晋升为开尔文勋爵,开始用开尔文这个名字.开尔文研究范围广泛,在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献.他一生发表论文多达600余篇,取得70种发明专利,他在当时科学界享有极高的名望.开尔文1902年提出了实心带电球原子模型,就是把原子看成是均匀带正电的球体,里面埋藏着带负电的电子,正常状态下处于静电平衡.这个模型后由J.J.汤姆孙加以发展,后来通称汤姆孙原子模型. 葡萄干蛋糕模型 汤姆逊（Joseph John Thomson,1856 1940）（右图）继续进行更有系统的研究,尝试来描绘原子结构.汤姆逊以为原子含有一个均匀的阳电球,若干阴性电子在这个球体内运行.他按照迈耶尔（Alfred Mayer）关于浮置磁体平衡的研究证明,如果电子的数目不超过某一限度,则这些运行的电子所成的一个环必能稳定.如果电子的数目超过这一限度,则将列成两环,如此类捱以至多环.这样,电子的增多就造成了结构上呈周期的相似性,而门得列耶夫周期表中物理性质和化学性质的重复再现,或许也可得着解释了.汤姆逊提出的这个模型,电子分布在球体中很有点像葡萄干点缀在一块蛋糕里,很多人把汤姆逊的原子模型称为“葡萄干蛋糕模型”.它不仅能解释原子为什么是电中性的,电子在原子里是怎样分布的,而且还能解释阴极射线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现象.而且根据这个模型还能估算出原子的大小约10 8厘米,这是件了不起的事情,正由于汤姆逊模型能解释当时很多的实验事实,所以很容易被许多物理学家所接受. 土星模型 日本物理学家长冈半太郎Nagaoka Hantaro,1865 19501903年12月5日在东京数学物理学会上口头发表,并于1904年分别在日、英、德的杂志上刊登了《说明线状和带状光谱及放射性现象的原子内的电子运动》的论文.他批评了汤姆生的模型,认为正负电不能相互渗透,提出一种他称之为“土星模型”的结构——即围绕带正电的核心有电子环转动的原子模型.一个大质量的带正电的球,外围有一圈等间隔分布着的电子以同样的角速度做圆周运动.电子的径向振动发射线光谱,垂直于环面的振动则发射带光谱,环上的电子飞出是β射线,中心球的正电粒子飞出是α射线. 这个土星式模型对他后来建立原子有核模型很有影响.1905年他从α粒子的电荷质量比值的测量等实验结果分析,α粒子就是氦离子. 1908年,瑞士科学家里兹（Leeds）提出磁原子模型. 他们的模型在一定程度上都能解释当时的一些实验事实,但不能解释以后出现的很多新的实验结果,所以都没有得到进一步的发展.数年后,汤姆逊的“葡萄干蛋糕模型”被自己的学生卢瑟福推翻了. 玻尔模型 卢瑟福的理论吸引了一位来自丹麦的年轻人,他的名字叫尼·玻尔Niels Bohr,1885 1962（左图）,在卢瑟福模型的基础上,他提出了电子在核外的量子化轨道,解决了原子结构的稳定性问题,描绘出了完整而令人信服的原子结构学说.玻尔出生在哥本哈根的一个教授家庭,1911年获哥本哈根大学博士学位.1912年3 7月曾在卢瑟福的实验室进修,在这期间孕育了他的原子理论.玻尔首先把普朗克的量子假说推广到原子内部的能量,来解决卢瑟福原子模型在稳定性方面的困难,假定原子只能通过分立的能量子来改变它的能量,即原子只能处在分立的定态之中,而且最低的定态就是原子的正常态.接着他在友人汉森的启发下从光谱线的组合定律达到定态跃迁的概念,他在1913年7、9和11月发表了长篇论文《论原子构造和分子构造》的三个部分.玻尔的原子理论给出这样的原子图像：电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动,离核愈远能量愈高；可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2π的整数倍决定；当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量,只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量,而且发射或吸收的辐射是单频的,辐射的频率和能量之间关系由 E＝hν给出.玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律.玻尔的理论大大扩展了量子论的影响,加速了量子论的发展.1915年,德国物理学家索末菲（Arnold Sommerfeld,1868 1951）把玻尔的原子理论推广到包括椭圆轨道,并考虑了电子的质量随其速度而变化的狭义相对论效应,导出光谱的精细结构同实验相符.1916年,爱因斯坦（Albert Einstein,1879 1955）从玻尔的原子理论出发用统计的方法分析了物质的吸收和发射辐射的过程,导出了普朗克辐射定律（左图为玻尔和爱因斯坦）.爱因斯坦的这一工作综合了量子论第一阶段的成就,把普朗克、爱因斯坦、玻尔三人的工作结合成一个整体.看到此处说明本文对你还是有帮助的，关于“一个科学家探索原子结构的故事梗概”留言是大家的经验之谈相信也会对你有益，推荐继续阅读下面的相关内容，与本文相关度极高！
