科学原子模型的建立：从道尔顿到玻尔
公元前5世纪的希腊学者曾指出：万物是由极其微小的、不可分割的微粒——“原子”构成的；中国古代哲学家墨子在他的著作中也提到了与“原子”相似的说法。1803年，英国科学家道尔顿（John Dalton，1766-1844）借用“原子”概念提出了原子学说。科学家后来沿用“原子”这个名称来表示构成物质的一种基本微粒。
道尔顿的科学原子论（实心球模型）
道尔顿的科学研究生涯可以说是从观测气象和大气开始的。他为了说明气体的各种物理性
质，首先假定大气中各种物质都是由同样大小的原子构成的，他所说的原子也就是现在几乎尽人
皆知的构成物质的最小粒子。后来他发现用这种假设不能解释各种气体的性质，于是他又设想原
子有大有小。他把原子视为大小不同的小球。
1803年，他把对大气研究所取得的成果运用到化学上。他认为，不同元素的原子具有不同
的类型，它们在大小、重量和每一单位体积内的数目都各不相同，形成不同的品种；任何同一种
元素的原子都一样，并且都带有这种元素自身的特性；同一物质的原子相互排斥，不同物质的原
道尔顿
子相互并不排斥。
道尔顿在确认了原子的客观存在的同时，通过化学实验测定了一些元素原子的相对质量。因为原子具有不同大小的概念对他的学说至关重要，所以他力求测定原子大小的不同数值，更确切一点说，也就是想测定原子量的不同数值。这样他对原子的认识从定性阶段进入定量阶段，并在此基础上逐步建立起科学原子论的新体系。
道尔顿的科学原子论的核心思想是：
①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子构成；
②同一元素的所有的原子，各方面的性质（特别是重量），都完全相同；不同元素的原子重量不同；原子的重量是每一种元素的特征性质；
③不同元素的原子按简单数目的比例相结合，形成化学中化合现象；化合物称为“复合原子”，其重量为所含各种元素原子重量之总和；
④原子是参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失。
虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但作为近代原子学说的奠基者，道尔顿把前人模糊的原子假说变成明确的科学原子理论，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来。他对化学以致整个自然科学的贡献，赢得了科学界的崇敬，更被后人誉为“近代化学之父”。
汤姆生的原子模型（枣糕模型）
在道尔顿的原子论里，仍然保留着古希腊学者德谟克利特、近代学者牛顿的一种具有局限性的观
点，即认为原子是宇宙中最小的、不可再分的粒子。这种观点到19世纪末被科学的进程所打破。
冲破这种陈旧观点的事件是：1897年英国物理学家汤姆生（Joseph John Thomson，1856-1940）
发现并证实了所有原子都含有的电子，表明原子内部结构比较复杂，原子并不是构成物质的最小粒子。也就是说，汤姆生发现了第一个亚原子粒子即电子。他开始时把这种组成一切原子的粒子叫做“微粒”，后来改称“电子”。电子这个名词是爱尔兰物理学家斯托尼（1826-1911）于1891年提出来的，当时只
汤姆生
是用来表示电荷的最小单位（基元）。汤姆生研究发现，电子是一种带负电荷的粒子，其质量不到氢原
子质量的千分之一，他的这一发现与科学家们在19世纪对阴极射线的研究有关。
汤姆生在发现电子之后，便进一步地思考原子结构的问题。电子是从原子
里跑出来的，原子是中性的，原子失去了电子之后剩下的粒子应带等量的正电
荷，那么这些正电荷在原子中是怎样分布的呢？他认为正电荷在原子内作球状
均匀分布，电子对称地镶嵌在其中，犹如葡萄干面包一样。其中电子在平衡位
置作振荡，其频率就是原子发光的频率。
汤姆生提出的这个“枣糕模型”，不仅能解释原子为什
么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，而且还能解
释阴极射线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现
象。而且根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘
米，这是件了不起的事情，正由于汤姆生模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。但以后出现的很多新的实验结果不能用此模型来解释，所以这种模型都没有得到进一步的发展。数年后，汤姆生的原子模型被自己的学生卢瑟福推翻了。
卢瑟福的原子模型（行星模型）
卢瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）出生于新西兰，1895年来到英国卡文迪许实验室，跟
随汤姆生学习，成为汤姆生第一位来自海外的研究生。卢瑟福好学勤奋，在汤姆生的指导下，卢瑟
福在做他的第一个实验——放射性吸收实验时发现了α射线。他经过深入细致的研究后指出，α射
线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子。
1911年卢瑟福用α粒子轰击金
箔时，发现大多数α粒子会正常穿过；卢瑟福
但是大概还有万分之一的α粒子以各
种不同的角度反弹回来，
即发生大角度偏转现象。
按照汤姆生的枣糕模型，
质量微小的电子分布在
均匀的正电荷中，而α粒
子是失去两个电子的氦
原子，它的质量要比电子大几千倍。当这样一颗重型炮弹轰击原子时，小小的电子是抵
挡不住的；而金原子中的正电荷均匀分布在整个原子中，也不可能抵挡住α粒子的轰击。
也就是说，α粒子将很容易地穿过金箔，即使受到一点阻挡的话，也仅仅是α粒子穿过
金箔后稍微改变一下前进的方向而已。因此，极少数α粒子发生大角度偏转现象表明，它们必定是在金原子中与某些东西发生了撞击。卢瑟福由此得出结论，只有当金原子中的所有正电荷，也就是几乎所有的质量，都集中在一个小小的中心核上，而这个核只有整个原子的万分之一大小，α粒子才会以这种方式反弹。卢瑟福就这样发现了原子核。这一发现也说明原子内部大部分是空的。
在此基础上，卢瑟福提出了原子的行星模型推翻了他的老师汤姆生的枣糕模型。他认为，原子
有原子核和电子构成，电子在离原子核一定距离的地方围绕着核旋转，就像行星围绕太阳运行那
样；原子核的质量占整个原子质量的绝大部分，但所占空间极小，约10-12米范围，电子的质量
占整个原子质量的极小部分，但占据整个原子空间的绝大部分，约10-10米范围。
概括起来，卢瑟福的行星模型是以经典电磁学为理论基础的，主要内容包括：
①原子的大部分体积是空的；
②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核；
③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。 玻尔的氢原子模型（玻尔模型）
卢瑟福的原子模型也有其缺陷：由于绕原子核旋转的电荷在运动时必然要不断释放能量，其能量必定要持续地减少，这就意味着随着能量的丧失电子将会盘旋下降进入原子核，从而导致原子坍缩，但事实并非如此。这个理论缺陷是由另一位物理学家玻尔解决的。
1913年丹麦原子物理学家玻尔在卢瑟福的核式原子模型的基础上提出：核外电子只能在限定的、稳定的轨道（即区域）内绕核运转，按能量高低远近不同，即电子分层排布和运动。玻尔的这种原子模型被后人称为玻尔模型，他也因此获得了1922年诺贝尔物理学奖。
1920年卢瑟福又提出的天才的中子假说，认为原子核中除了含带正电荷的质子外，还应该有一种和质子质量相近的电中性的微粒，后来他的学生查德威克通过实验证明了中子的存在，也因此获得1935年的诺贝尔物理学奖。
继这些科学家之后，原子结构模型还在不断地发展，如现代量子力学模型等。
参考：1. 百度——“原子”“原子结构”条目 2. 《简明科学史》 3. 上海教育出版社《化学》九年级上册，有删改
编辑：宋志昭
科学原子模型的建立：从道尔顿到玻尔
公元前5世纪的希腊学者曾指出：万物是由极其微小的、不可分割的微粒——“原子”构成的；中国古代哲学家墨子在他的著作中也提到了与“原子”相似的说法。1803年，英国科学家道尔顿（John Dalton，1766-1844）借用“原子”概念提出了原子学说。科学家后来沿用“原子”这个名称来表示构成物质的一种基本微粒。
道尔顿的科学原子论（实心球模型）
道尔顿的科学研究生涯可以说是从观测气象和大气开始的。他为了说明气体的各种物理性
质，首先假定大气中各种物质都是由同样大小的原子构成的，他所说的原子也就是现在几乎尽人
皆知的构成物质的最小粒子。后来他发现用这种假设不能解释各种气体的性质，于是他又设想原
子有大有小。他把原子视为大小不同的小球。
1803年，他把对大气研究所取得的成果运用到化学上。他认为，不同元素的原子具有不同
的类型，它们在大小、重量和每一单位体积内的数目都各不相同，形成不同的品种；任何同一种
元素的原子都一样，并且都带有这种元素自身的特性；同一物质的原子相互排斥，不同物质的原
道尔顿
子相互并不排斥。
道尔顿在确认了原子的客观存在的同时，通过化学实验测定了一些元素原子的相对质量。因为原子具有不同大小的概念对他的学说至关重要，所以他力求测定原子大小的不同数值，更确切一点说，也就是想测定原子量的不同数值。这样他对原子的认识从定性阶段进入定量阶段，并在此基础上逐步建立起科学原子论的新体系。
道尔顿的科学原子论的核心思想是：
①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子构成；
②同一元素的所有的原子，各方面的性质（特别是重量），都完全相同；不同元素的原子重量不同；原子的重量是每一种元素的特征性质；
③不同元素的原子按简单数目的比例相结合，形成化学中化合现象；化合物称为“复合原子”，其重量为所含各种元素原子重量之总和；
④原子是参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失。
虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但作为近代原子学说的奠基者，道尔顿把前人模糊的原子假说变成明确的科学原子理论，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来。他对化学以致整个自然科学的贡献，赢得了科学界的崇敬，更被后人誉为“近代化学之父”。
汤姆生的原子模型（枣糕模型）
在道尔顿的原子论里，仍然保留着古希腊学者德谟克利特、近代学者牛顿的一种具有局限性的观
点，即认为原子是宇宙中最小的、不可再分的粒子。这种观点到19世纪末被科学的进程所打破。
冲破这种陈旧观点的事件是：1897年英国物理学家汤姆生（Joseph John Thomson，1856-1940）
发现并证实了所有原子都含有的电子，表明原子内部结构比较复杂，原子并不是构成物质的最小粒子。也就是说，汤姆生发现了第一个亚原子粒子即电子。他开始时把这种组成一切原子的粒子叫做“微粒”，后来改称“电子”。电子这个名词是爱尔兰物理学家斯托尼（1826-1911）于1891年提出来的，当时只
汤姆生
是用来表示电荷的最小单位（基元）。汤姆生研究发现，电子是一种带负电荷的粒子，其质量不到氢原
子质量的千分之一，他的这一发现与科学家们在19世纪对阴极射线的研究有关。
汤姆生在发现电子之后，便进一步地思考原子结构的问题。电子是从原子
里跑出来的，原子是中性的，原子失去了电子之后剩下的粒子应带等量的正电
荷，那么这些正电荷在原子中是怎样分布的呢？他认为正电荷在原子内作球状
均匀分布，电子对称地镶嵌在其中，犹如葡萄干面包一样。其中电子在平衡位
置作振荡，其频率就是原子发光的频率。
汤姆生提出的这个“枣糕模型”，不仅能解释原子为什
么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，而且还能解
释阴极射线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现
象。而且根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘
米，这是件了不起的事情，正由于汤姆生模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。但以后出现的很多新的实验结果不能用此模型来解释，所以这种模型都没有得到进一步的发展。数年后，汤姆生的原子模型被自己的学生卢瑟福推翻了。
卢瑟福的原子模型（行星模型）
卢瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）出生于新西兰，1895年来到英国卡文迪许实验室，跟
随汤姆生学习，成为汤姆生第一位来自海外的研究生。卢瑟福好学勤奋，在汤姆生的指导下，卢瑟
福在做他的第一个实验——放射性吸收实验时发现了α射线。他经过深入细致的研究后指出，α射
线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子。
1911年卢瑟福用α粒子轰击金
箔时，发现大多数α粒子会正常穿过；卢瑟福
但是大概还有万分之一的α粒子以各
种不同的角度反弹回来，
即发生大角度偏转现象。
按照汤姆生的枣糕模型，
质量微小的电子分布在
均匀的正电荷中，而α粒
子是失去两个电子的氦
原子，它的质量要比电子大几千倍。当这样一颗重型炮弹轰击原子时，小小的电子是抵
挡不住的；而金原子中的正电荷均匀分布在整个原子中，也不可能抵挡住α粒子的轰击。
也就是说，α粒子将很容易地穿过金箔，即使受到一点阻挡的话，也仅仅是α粒子穿过
金箔后稍微改变一下前进的方向而已。因此，极少数α粒子发生大角度偏转现象表明，它们必定是在金原子中与某些东西发生了撞击。卢瑟福由此得出结论，只有当金原子中的所有正电荷，也就是几乎所有的质量，都集中在一个小小的中心核上，而这个核只有整个原子的万分之一大小，α粒子才会以这种方式反弹。卢瑟福就这样发现了原子核。这一发现也说明原子内部大部分是空的。
在此基础上，卢瑟福提出了原子的行星模型推翻了他的老师汤姆生的枣糕模型。他认为，原子
有原子核和电子构成，电子在离原子核一定距离的地方围绕着核旋转，就像行星围绕太阳运行那
样；原子核的质量占整个原子质量的绝大部分，但所占空间极小，约10-12米范围，电子的质量
占整个原子质量的极小部分，但占据整个原子空间的绝大部分，约10-10米范围。
概括起来，卢瑟福的行星模型是以经典电磁学为理论基础的，主要内容包括：
①原子的大部分体积是空的；
②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核；
③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。 玻尔的氢原子模型（玻尔模型）
卢瑟福的原子模型也有其缺陷：由于绕原子核旋转的电荷在运动时必然要不断释放能量，其能量必定要持续地减少，这就意味着随着能量的丧失电子将会盘旋下降进入原子核，从而导致原子坍缩，但事实并非如此。这个理论缺陷是由另一位物理学家玻尔解决的。
1913年丹麦原子物理学家玻尔在卢瑟福的核式原子模型的基础上提出：核外电子只能在限定的、稳定的轨道（即区域）内绕核运转，按能量高低远近不同，即电子分层排布和运动。玻尔的这种原子模型被后人称为玻尔模型，他也因此获得了1922年诺贝尔物理学奖。
1920年卢瑟福又提出的天才的中子假说，认为原子核中除了含带正电荷的质子外，还应该有一种和质子质量相近的电中性的微粒，后来他的学生查德威克通过实验证明了中子的存在，也因此获得1935年的诺贝尔物理学奖。
继这些科学家之后，原子结构模型还在不断地发展，如现代量子力学模型等。
参考：1. 百度——“原子”“原子结构”条目 2. 《简明科学史》 3. 上海教育出版社《化学》九年级上册，有删改
编辑：宋志昭