原子模型的发展

本页只讲一条中四内容标准：原子模型的发展。它是考试的常客，因为可以很快考，把科学家与贡献配对，或把各个模型排序。

把顺序以及每位科学家所加入的一个关键观念学好，你就能在 SPM化学 里稳稳地拿到这些分。

模型为何会随时间改变

没有哪一位科学家一次就发现了现代形态的原子。模型是随着新的实验证据出现而一步一步改进的。

每位科学家保留仍然管用的部分，纠正新证据显示为错的部分。把它理解成一段「证据不断改进」的故事，而不是一串要背的名字，顺序就变得既好记又好在答案里说清楚。

五项贡献，按顺序

1. 道尔顿（Dalton）。 道尔顿提出物质由不可分的微小粒子，原子，组成，把它想象成不能被打碎或毁灭的实心球。

这是第一个现代原子模型，但它没有内部结构。

2. 汤姆生（J. J. Thomson）。 汤姆生发现了电子，即原子内部一个带负电的微小粒子。

他的模型把原子想象成一个正电球，电子嵌在其中，常称为「葡萄干布丁」模型。这是第一个表明原子内部还有更小组成部分的模型。

3. 卢瑟福（Ernest Rutherford）。 由阿尔法粒子散射实验（用带正电的阿尔法粒子轰击薄金箔），卢瑟福发现大多数粒子笔直穿过，但少数以大角度偏转。

他断定原子大部分是空的空间，中央有一个极小、致密、带正电的原子核，几乎全部质量集中在那里，电子在其周围运动。

4. 玻尔（Niels Bohr）。 玻尔改进了卢瑟福的模型，提出电子并非随机运动，而是在环绕原子核的**固定轨道即电子壳层（能级）**上运行。

每个壳层具有确定的能量，这解释了电子为何能停留在稳定的轨道上。

5. 查德威克（James Chadwick）。 查德威克发现了中子，一种不带电的粒子，与质子一同位于原子核内。

这补全了原子核的图景，并解释了原子的全部质量。

要点。 现代图景，一个由质子和中子组成的小小中央核，外围是分布在壳层里的电子，是五项贡献合起来的结果。卢瑟福给了我们原子核，玻尔给了壳层，查德威克给了中子。

例题

题目。 在阿尔法粒子散射实验中，大多数阿尔法粒子笔直穿过金箔，但少数以大角度偏转，极少数几乎沿原路反弹回来。

请说出卢瑟福从 (a) 笔直穿过的粒子和 (b) 反弹回来的少数粒子各得出的结论。

第一步，解读笔直穿过的粒子。 大多数阿尔法粒子未偏转，意味着原子大部分是空的空间，没有什么能阻挡或偏转它们。

第二步，解读反弹回来的粒子。 极少数阿尔法粒子撞上了某个小而致密、带正电的东西，被排斥沿原路反弹。

这表明原子中央有一个极小、致密、带正电的原子核。

第三步，把结论合起来。 两者合起来意味着原子大部分是空的空间，而几乎全部质量与全部正电荷都集中在一个极小的中央核里。

答案。 (a) 原子大部分是空的空间，因为大多数阿尔法粒子笔直穿过。

(b) 原子有一个小而致密、带正电的核，因为少数靠近它的粒子被强烈排斥而反弹回来。

练习题

题目。 把下列贡献按提出的先后排序，并说出各自负责的科学家：中子的发现；不可分的实心球；由阿尔法散射得出的原子核模型；电子在固定壳层中；电子的发现。

答案。 按顺序：(1) 道尔顿，不可分的实心球；(2) 汤姆生，电子的发现（正电球中嵌有电子）；(3) 卢瑟福，由阿尔法散射得出的原子核模型；(4) 玻尔，电子在固定壳层（能级）中；(5) 查德威克，中子的发现。

考试提示

用口诀 D-T-R-B-C（Dalton、Thomson、Rutherford、Bohr、Chadwick）记住顺序，并给每个名字恰好挂上一个关键观念：道尔顿＝不可分的球；汤姆生＝电子；卢瑟福＝原子核；玻尔＝壳层；查德威克＝中子。一个常见错误是把电子的发现算到卢瑟福头上（那是汤姆生），或把玻尔与查德威克对调，要把顺序固定住。

当题目问到阿尔法散射实验时，务必把观察与结论一起写出，因为分数分在「看到什么」和「证明了什么」两处。

每个模型如何纠正前一个

看清每个新模型到底纠正了什么很有帮助。道尔顿的实心球内部没有部件，无法解释电与带电粒子；汤姆生用电子补上了这一点。

汤姆生的葡萄干布丁把正电荷均匀地摊在整个原子里，但阿尔法散射的结果表明正电荷根本没有摊开，于是卢瑟福把它集中到一个极小的中央核里。卢瑟福的模型没有解释为何运动着的带负电电子不会径直被吸进带正电的核里；玻尔用「把电子放在能量确定、稳定的固定壳层上」回答了这一点。

最后，测得的原子质量比只算质子要大，查德威克用不带电的中子补上了缺失的质量。把这些模型看成一条「不断纠正」的链，就很容易解释为什么模型会一直改变，而这正是高分题所问的。

本节定位

本条标准位于**物质与原子结构一章的中段，直接引向对原子结构的现代描述。用复习笔记按顺序看整章，用例题**练更多「科学家与贡献」的题。

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快速回顾

• 原子模型随新证据出现而逐步改进。
• 顺序：道尔顿（实心球）→ 汤姆生（电子）→ 卢瑟福（原子核）→ 玻尔（壳层）→ 查德威克（中子）。
• 阿尔法散射：多数穿过（空的空间）；少数反弹（小而致密的正电核）。
• 观察与结论一起给，并把顺序固定。