第四节 核外电子排布的初步知识　

电子环绕原子核运动

　　1913年，玻尔把卢瑟福的原子模型和普朗克的量子论巧妙地结合起来，并且把原来只用于能的量子概念加以推广，为以后各种物理量的量子化打开了大门，提出了新的原子结构理论。其理论要点是，一电子只能在一些特定的轨道上运行，二电子在特定轨道上运行时，不发射也不吸收能量；三当电子从一个具有较高能量的轨道跃迁到具有低能量的轨道时，就要发射出能量，反之吸收。这个理论显然是违反古典理论的，由古典理论估算，电子在绕核运行时，必定不断损失能量，轨道会来越小，而终于落到核中， 并计算出在一个直径为10－10米的原子，在10－12秒时间内就会崩溃。但他在大量研究和计算的基础上，坚持真理，为长期以来一直无法解释的经验公式做出了统一的理论解释。玻尔因此而获1922年诺贝尔物理学奖。

揭开原子内部结构的科学家

　　19世纪末以前，原子一直被认为是坚硬的，实心的球，是不可分割的。1879年，英国物理学家汤姆生(1856-----1940)发现电子后，就叩开了原子的大门，使人们逐渐认识到原子也有他本身的结构。1904年汤姆生提出他的原子结构模型："我把原子看成含有大量的微粒(电子)。在原子中，这些微粒聚集形成电中性的体系。虽然单个微粒的行为和负离子一样，但是它们在一中性原子中聚集时，负电的作用就被分散在空间的和负电荷粒子总量相等的正电荷的平衡体系中。"但他没有说明这个正电荷是什么，是从哪儿来的。

　　1909年，汤姆生的学生，英国物理学家卢瑟福(1871---1937)等人在研究物质的放射性时，进行了用粒子穿进原子内部去"刺探"原子内部的情况。发现了带正电的，质量和整个原子差不多但比原子体积小得多的原子核。1912年春，卢瑟福提出了带核的原子模型，认为原子是由中心带正电的体积很小但几乎集中了原子全部质量的核和在核周围不断运动着的电子所构成，就像行星围绕太阳旋转构成的太阳系一样。

　　丹麦物理学家玻尔(1885-1962)在1913年引用量子论提出了"在原子中，电子是沿一定的轨道绕原子核运转的理论。

　　1926年，德国物理学家薛定谔(1887-1961)应用一种波动方程的数学形式描述了电子绕原子核的运动。电子并不处在任何一确定的轨道上运动，而是在原子核外一定范围内高速运动。就像在原子核外笼罩着一团电子云。1919年卢瑟福发现了质子。1932年，英国物理学家查德威克(1891-1974)发现了中子。

　　由于上述诸多化学家和物理学家的深入研究，从而揭开了原子内部结构的秘密。他们对科学的发展作出了突出的贡献。

解释微观世界

　　玻尔的理论取得了很大成功，但它只能用于氢原子，对于带两个电子的普通的氦原子却困难重重。　　

　　1923年，物理学家德布罗意提出了电子作为粒子，应该具有波动的性质，他在自己晚年回忆这段经历时说"经过长期的孤寂的思索和遐想之后，在1923年我蓦然想到：爱因斯坦在1905年所作出的发现，应当加以推广，把它扩展到一切物质粒子，特别是电子。"他提出了物质波理论，预言电子波的衍射，并获1929年诺贝尔物理学奖。1925年，物理学家薛定谔把德布罗意的理论大大向前推进，建立了波动力学体系，加深了对微观客体的波粒二象性的理解，为数学上解决原子物理学、核物理学、固体物理学和分子物理学问题提供了一种有力的理论工具。他于1933年获诺贝尔物理学奖。1927年戴维孙和汤姆逊发现了晶体对电子的衍射和电子照射晶体的干涉现象，证实了德布罗意的预言，他们因此获1937年诺贝尔物理学奖。

探索原子核奥秘的钥匙－中子

　　1932年，物理学家查德威克发现了其质量同质子相当的中性粒子，这正是1920年卢瑟福猜想原子核内可能存在的一种中性的粒子，即中子。他因此获1935年诺贝尔物理学奖。

    1932年，海森伯和伊凡宁柯各自独立地提出了原子核是由质子和中子组成的核结构模型。由于中子不带电荷，不受静电作用的影响，可以比较自由地接近以至进入原子核，容易引起核的变化，因此，它立即被用来作为轰击原子核的理想"炮弹"。

　　中子的发现为核物理学开辟了一个新的纪元，它不仅使人们对原子核的组成有了一个正确的认识，而且为人工变革原子核提供了有效手段。它可以说是打开原子核奥秘的"钥匙"，在开发原子能的伟大事业中大显身手。

原子模型

　　1903年，汤姆逊发展了他前一年提出的原子构造模型：原子是一个半径大约为10—10米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中，这是一个类似葡萄干面包的原子模型。同年，物理学家长冈半太郎认为正负电子不可能相互渗透，提出了电子均匀地分布在一个环上，环中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称为“土星型模型”结构。1911年，卢瑟福借助于α粒子散射研究，提出原子正电荷必定集中在半径10－15米的范围内，而原子半径却有10－10米，因此原子里面绝大部分是空虚的，从而证明汤姆逊的模型更接近于物理真实。