原子学说
grxlj · 2008-10-29 22:20 · 49453 次点击
原子学说(atomism)
这是关于物质具有不连续结构的一种学说。随着物理学的发展,人们对物质结构的认识不断提高,原子学说也经历了从古代到现代的种种发展,典型的原子学说有如下几种:
古代的原子学说:公元前4世纪,古希腊物理学家德谟克利特最早提出物质是由许多最小单元的颗粒——“原子”构成的,而“原子”是不可分割的,永恒不变的。物质的多样性是由于原子的形式不同、所处状况的不同以及结合的方式不同而产生的。在我国,早在公元前400多年前的战国时期就出现了类似的观点,最著名的是墨家,《墨经》中记载:“端,体之无序最前者也”,“端是无同也”。意思是说,“端”(即原子的概念)是物体(“体”)的不可分割(“无序”)的最原始的东西(“最前者”)。由于“端”里没有共合(“无同”)的东西,所以不可分割。
机械决定论的原子学说:17世纪的欧洲,力学在自然科学中占统治地位,于是产生了机械决定论的原子学说,以牛顿(Newton)为代表。他认为,原子是球形的、有重量的微粒,可以机械地结合成较大的聚集体,原子遵从力学定律,原子之间具有与万有引力相类似的引力,原子的运动都是简单的机械位移产生的。这种机械决定论的原子学说不能解释光、电、热等物理现象及燃烧等化学过程,从而促使化学的原子学说的出现。
化学的原子学说:1803年道尔顿引入元素的相对原子量,1808年提出科学的原子学说:物质由不可分解的原子组成,在化学反应中原子性质不变,不同元素的原子不同,每种原子都有确定的原子量。1811年意大利物理学家阿伏伽德罗(A.Avogadro)提出分子假说,认为任何气体都是由“分子”组成的,而每个分子又是由两个或两个以上的“原子”组成的。后来,化学家们提出“原子价”的概念,并建立化学结构理论。1869年门捷列夫(Mendeleev)发现了元素周期律,揭示了化学元素的原子价与原子量之间的联系,准确地预言了一些具有某些特定性质的新元素的存在,使化学的原子学说获得很大的成功。
现代原子学说:19世纪末20世纪初,伦琴射线和放射性衰变现象的发现、电子的发现和电子电荷、电子质量的测定,使人们认识到原子不是不可分割的,原子的结构是复杂的,原子由电子和原子核组成,而原子核也是可分的,使原子学说冲破机械决定论的束缚,进入现代原子学说的时期。到现在为止,现代原子学说可以分为两个阶段。
卢瑟福原子模型和玻尔理论阶段:卢瑟福根据原子对α粒子的散射实验,提出原子的核式结构模型,导出的卢瑟福散射公式得到实验证实,说明卢瑟福的原子模型是正确的。1913年玻尔将普朗克(M.Planck)的量子概念和爱因斯坦(A.Einstein)的光子概念与原子的核式模型相结合,提出原子结构的新假设,认为原子的能量状态发生跃迁时,就发射出一定频率的光。玻尔理论能够说明氢原子光谱等某些原子现象,但还存在不少缺点,它仅是一种近似理论。
量子力学阶段:1924年德布罗意(deBroglie)提出微观粒子的波动性。1925年薛定谔(E.Schrödinger)与海森伯(W.Heisenberg)在此基础上分别建立了描述原子的波动力学和矩阵力学,这两种理论实质上是相同的,仅仅数学表现形式不同。这种理论后来发展成量子力学,可以完整地描述微观粒子体系的结构和运动规律,能够比以前更好地解释原子现象,但原子学说不会就此停止发展,随着新的实验现象的出现,现代原子学说必将继续向前发展。