AQA A-Level 物理/原子結構
我們今天所知的原子，最初並非如此。正如你可能從 GCSE 物理中所知，原子的結構由原子核和電子組成。這並不完全是真相，但原子結構的佈局有一些區別。為了更好地理解這一點，我們需要看看現代原子結構是如何被發現的。
最初，原子被認為是一小塊固體物質。人們知道原子是最小的東西；“原子”這個詞來自希臘語，意思是不可分割的。所以如果原子是最小的東西，那麼把它想象成一種固體果凍似乎很合理。
盧瑟福有不同的想法，為了驗證他的想法，他必須製作一個非常薄的固體層。他使用金，因為金比其他任何材料更容易滾動或錘成薄固體層。他想要一層薄薄的，因為他想知道原子是否真的是固體。
為了驗證他的想法，他向薄片發射了α粒子（通常寫成 -粒子）。這些粒子由 2 個質子和 2 箇中子組成，即氦原子核。它們很容易使用，因為一種常見的放射性衰變會發射 -粒子。當這項實驗在 1909 年由盧瑟福的助手蓋革和馬斯登首次進行時，他們發現了一個相當有趣的結果。大多數粒子直接穿過了薄片。然而，其中有一些彈了回來。如果原子真的是一種果凍狀固體，這種行為就無法解釋。
如果我們思考一下這個結果，並在宏觀尺度上考慮它，我們可以瞭解正在發生的事情。想象一下，我們有一個鐵絲網，並且想象一下它非常堅固，我們向它發射球。讓這個鐵絲網成為我們經常遇到的那種網格，孔約 75 毫米見方。如果我們發射一個足球，我們並不奇怪它會直接彈回來。足球比鐵絲網的孔洞大得多，因此鐵絲網看起來是固體的。如果我們向鐵絲網打高爾夫球，我們並不驚訝大多數球會直接穿過它，而那些正好擊中鐵絲的球會彈回來。如果我們用氣槍發射彈丸，我們預計會有更多彈丸直接穿過它。
這種思考方式讓盧瑟福對原子的結構有了想法。
- 他認為，因為大多數 -粒子直接穿過了原子一定包含大部分的空隙。
- 有些α粒子散射開，因此它們一定是被某種東西排斥了。
- 那種東西一定帶正電荷才能排斥 -粒子的正電荷，而且它必須比 -粒子重才能讓它彈回來。
這給了盧瑟福一個想法，即原子大多是空隙，有一個重的、帶正電的原子核，而相對輕的、帶負電的電子像行星繞恆星一樣繞著它執行。（當然，在那個時代，我們只知道我們的太陽有行星。）
正如我們現在所知，原子包含
- 核子（質子和中子捆綁在一起）
- 電子
現在，關於原子需要記住的是原子是由原子核中質子的數量來定義的，所以如果原子核中有 1 個質子，那麼它就是氫，因為它的原子序數（質子數）是 1。如果你想知道元素是什麼，可以在元素週期表中查詢。現在，這裡有一些快速的事實
- 原子中的電子數量等於質子數量，因為 1 個質子的電荷吸引了 1 個電子（在 AS 中是這樣的）
- 當電子從原子中移除或新增到原子中時，它就變成了離子。這被稱為電離。
- 當原子核中中子的數量與通常情況不同時，原子就是同位素。
- 同位素具有相同的物理和化學性質，但原子核可以是穩定的或不穩定的，例如，C-12 和 C-14 都存在於物質中，但 C-14 同位素是不穩定的
這些都是重要的概念，因為它們是你在模組中後面學習的其他理論和模型的基礎。現在，記住這些定義。
- 同位素是同一元素的原子，由於原子核中中子數量不同而具有不同的質量.
- 離子是電子數量與質子數量不同的原子，導致帶電。
| A | X |
| Z |
| 4 | He |
| 2 |
為了理解這些符號的含義，你需要知道上面和下面的值代表什麼。上面的值，
- A 是元素原子核中質子和中子的數量，稱為核子數
- Z 是原子核中質子的數量，因此...
- 中子的數量。
現在，說了這麼多，你需要能夠計算這些粒子的質量和電荷，並且你需要使用它們的特定值，這與 GCSE 不同。別擔心，你不需要記住它們，因為你會在試卷最前面得到一個數據表。說了這麼多，記住它們也沒壞事！
| 粒子 | 電荷 | 質量 |
| 質子 | ||
| 中子 | 無 | |
| 電子 |
練習題
[edit | edit source]不要被措辭嚇倒，確保 **閱讀並理解題目要求的答案，以及哪些部分只是解釋**。要檢視答案，請看下面。
- 鈽-210 的一種同位素是一種放射性同位素，會發射α射線。計算：
- 質子的數量
- 電子的數量
- 中子的數量
- 該同位素經歷電離過程，從原子中去除 4 個電子。計算原子的總電荷。
答案
[edit | edit source]- 質子數量 = 92，中子數量 = 116，電子數量 = 94
- (2 x 1.60 x10−19) = + 3.2 x10−19