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原子结构的有关知识和元素周期律


化学家 / 2018-05-09

     为什么不同的物质具有不同的性质呢?为什么同族元素在化学性质方面具有许多相似的地方,又存在着规律性的变化呢?

      要回答这些问题,我们就只能从原子的内部结构中去探讨.因为物质的性质是由它们的结构所决定的,只有认识了原子的内部结构,才能更好地认识物质的性质和它们的变化规律.本章主要内容就是介绍分子结构的理论和它的具体应用。

      物质是由分子组成的,分子是由原子组成的,那末原子又是什么组成的呢?

      在19世纪末期以   前,大多数的化学家和物理学家都认为原子是构成物质最小的、不能再分的微粒.一直到了19世纪末期,由于放射性现象等一系列的新发现,才打破了这种认为原子是构成物质最小的、不能再分的微粒的看法。

      放射性现象1896年,法国物理学家贝克勒耳有一次偶然发现,用黑纸包着的照相底片和(U)的化合物放置在一起后,照相底片感了光。这个现象,使他感到很大的兴趣,因为通光线是不可能透过黑纸的.因此,他认为铀的化合物可能放出一种特殊的看不见的射线,这种射线会透过一般光线不能透过的纸面使照相底片感光.

      这个现象的进一步研究,是由当时在法国索本大学实验室里工作的居里夫人和她的丈夫居里进行的.经过他们长期观苦的实验和研究,又发现了比铀具有放出这种特珠射线能力更强的两种元素一一钋(Po)和镭(Ra).后来就把物质的这种自发的放出看不见的射线的性质叫做放射性,具有放射性的物质叫做放射性物质。

      那末放射性物质所放出的射线究竟是什么呢?让我们求看下面的一个实验。

      把放射性物质一一镭(实际上是用镭的化合物)放在一只上方开有一个细孔的铅制小盒里,由于铅能阻止射线通过所以只有一東射线通过小孔向外射出。如果在射线通道的两侧放两块极板①,并接通较强直流电源,使成阴阳两极(3·1)这样,射线就会受到它们的影响。


在自然界里有两种是正电荷,另一种是负电荷,同性相斥,异性电荷相吸.电荷在母电体中移动,使导电体有电流通过。

直流电源有正,负两极,当金属板或碳棒分别与电源正、负极相连时,形成阳、阴两电极,分别带有正电(用“+“表示)和负电(用“一”表示)


分成三東前进:一束没有变化,仍然以原来射出的方向前进,叫做2①射线;一束向着带负电的极板偏转,叫做a②射线:再有一束向着带正电的极板偏转,叫做B②3射线.

      y射线是一种特殊的光波,它不含任何带电的微粒,所以两旁电极对它没有影响。

      a射线是由高速度运动着的带正电的微粒组成的.这种微粒叫a粒子.每个a粒子的质量约等于4个氧单位,它带2个单位正电荷,所以受到带负电的阴极吸引,向该极板偏转。

      B射线是由高速度运动着的带负电的微粒组成的,这种微粒叫B粒子,就是电子.每个电子的质量约等于1/1840个氧单位,它带1个单位负电荷,所以受到带正电的阳极吸引,向该极偏转。

      之后,居里夫人和其他科学家在研究镭的放射现象时,又发现,尽管用来研究的镭非常纯净,但在它的周围常有两种新元素存在,一种是惰性气体氮(He),另一种是当时还不知道的元素氢(Rn).经过仔细的研究,知道氮和氢都是镭放射后的产物.象这种由于放射现象,由一种元素的原子转变为其他元素的原子的作用,叫做原子的蜕变。

      镭原子的蜕变可用图3·2表示,这里还值得注意的是,镭的放射现象既不决定于含在哪种


①是希腊字母,读作 gamma(音:格马)

②a是希腊字母,读作alFa(音:阿尔法)

③β是希脂字母,读作beta(音:倍塔).镭只只放出和γ射线,B射线是由锥进行放射后生成的其他产物继续放出来的.


盐里,也不决定于外界温度、压强等等条件,这是镭原子自发蜕变的结果。

      放射性现象的发现,人们得到了下列的结论:

         (1)一种元素的原子可能变成其他元素的原子,也就是说,一种元素可以变成其他元素。

         (2)原子既然可以蜕变,并在蜕变的过程中有射线放出可见原子具有复杂的结构。

      原子内部的结构究竟是怎样的呢?

      1911年,英国物理学家芦瑟福用一東高速度带正电荷的a微粒流来射击金属薄片的时候,发现绝大多数的a微粒能够穿过金属薄片而不改变方向继续前进,这说明原子内部是很“空敝”的.但有一部分的微粒穿过金属薄片时方向稍有改变,并且有极少数的(平均每一万个中约有一个)偏转较大,甚至有个别的微粒好象碰到一种极硬的、不可穿过的东西一样被弹回来(图3·3),这些现象说明了a微粒一定碰到了一种体积很小、带正电荷的东西.因为粒子带正电荷,同性电荷相斥,所以被弹了回来.芦瑟福把它叫做原子核,并认为每个原子都有一个原子核,原子核位于原子的中心,占有很小的体积,在原子核外有一定数目的电子,以极高的速度绕核运转着,一切原子的核所带的正电量和核外电子所带的负电总量相等,所以整个原子不显电性。

      这里产生一个问题,电子带负电,原子核带正电,电子会不会被原子核吸引到核上去呢?芦瑟福认为,电子在原子核外以极高的速度绕核迅速运转,具有一定的能量,好象行星绕太阳运转一样样,所以不会被吸引到原子核上去,因此电子和核就保持着一定的距离。

      经过以后科学家进一步研究的结果,证实了芦瑟福的这些想法,而且发现各种元素的原子核所带的正电荷量(或称核电荷数)是不同的。

      图3·4表示氢原子的结构示意图,其中氢原子核在原子的中心,带有1个单位正电荷;有1个电子在绕核迅速运转,电子带1个单位负电荷.电子的质量极小,大约只等于氢原子质量的1/1840.因此,原子的质量主要集中在它的核上。

     上面有关原子模型的描述,可简要地归纳如下:

       (1)每个原子里都有一个体积极小、带有正电的的原子核,核外有一定数目的电子,以极高的速度绕核运转着;

       (2)一切原子的核所带的正电量和核外电子所带的负电总量相等,所以整个原子不显电性。

       (3)原子的质量主要集中在它的核上。

 


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