书城童书化学探谜
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第36章 原子内部的奥秘

原子的这个微观世界又是怎样的呢?原子是不是最小的微粒,能不能再分呢?

1897年,在英国科学家汤姆生发现电子以后,人们开始揭示原子内部的秘密,认识到原子不是最小的微粒,而是具有复杂的结构,还可以再分。

在原子中,居于原子中心是原子核,原子核的周围有若干个电子围绕着它并运动着。这仿佛是一个“太阳系”,“太阳”是带正电的原子核,绕着“太阳”转的“行星”就是带负电的电子。只是在这个“太阳”里,支配一切的是强大的电磁力,而不是万有引力。

原子核所带电量和核外电子的电量相等,电性相反。原子不带电性。不同类的原子,它们的原子核所带的电荷数彼此不同。

在原子中,原子核只占极小的一部分体积。原子核的半径大约为原子半径的万分之一,原子核的体积只占原子体积的几千亿分之一。这仿佛是一座十层大厦同一个樱桃之比。因此,相对来说,原子里有一个很大的空间。电子在这个空间里作高速的运动。

原子核虽小,但也有复杂的结构。汤姆生、卢瑟福和玻尔等为人们勾画出一幅新的原子图像:原子核是原子的中心,电子绕原子核飞快地旋转,形成一圈圈电子云。电子的轨道运动状态改变时,原子就要发射或吸收光子。

原子核又是什么组成的呢?恰德威克、汤川、鲍威尔等研究回答:是中子、质子、介子、超子等。科学家认为,组成世界的基石是5种基本粒子:电子、质子、中子、光子和介子。到目前为止,基本粒子已增加到300多种。

质子和中子的质量几乎相等,而电子质量却小得多,只相当于质子质量的1/1836。所以,原子核的质量几乎就等于整个原子的质量。

质子和中子的质量虽然相同,可是带电情况不同。质子带正电荷,中子不带电荷,电子带负电荷。

1913年,英国科学家莫斯莱系统地研究了各种元素的X射线。他借助于一种叫做亚铁氰化钾的晶体,摄取了多种元素的X射线谱。他发现,随着元素在周期表中的排列顺序依次增大,相应的特征X射线的波长有规则地依次减小。他认为,元素在周期表中不是按照原子量的大小而是按照原子序数排列的,原子序数等于原子的核电荷数。

莫斯莱的这个发现,第一次把元素在周期表里的座位同原子结构科学地联系在一起了。

后来,在发现了质子和中子以后,人们终于认识到,决定一个元素在周期表中的位置的,只是它的原子核中的质子数。例如,氢元素的原子核里只有一个质子,也就是核外有一个电子,它就排在周期表里的第1位,氦原子核中含有两个质子,也就是核外有2个电子,排在周期表里的第2位……反过来也一样,周期表里第几位上的元素,原子核里一定有几个质子。例如,氯是周期表里的第17号元素。它的原子核里也就有17个质子,核外电子自然就是17个。

这个新发现,就揭开了周期表留下的几个不解之谜。

前面说到,在周期表的第1周期里,氢和氦之间隔着好大一块空缺,会不会再有新元素?根据新发现,人们可以知道,氢、氦的质子数为1和2,中间肯定不会再有新元素了。

前面也说到,人对元素的顺序倒置的谜,现在也得到了解决。原来,钾原子核里的质子数正好比氩多1,碘比碲多1,镍又比钴多1。所以氩和钾、钴和碘、钻和镍的顺序完全正确,不存在什么颠倒的问题。

可是,谜还未能彻底解开。因为绝大多数的元素都随着原子序数的增大,随着质子数的增多,原子量也相应增大。独独有几对元素的原子量没有按照这个顺序增大,反而是原子量大的排在前面,而原子量小的排在后面,这是为什么?