人們對原子的認識及對原子結(jié)構(gòu)的探素經(jīng)歷了漫長的過程。

古代哲學家的原子觀：

公元前5世紀，我國當時著名的哲學家墨翟提出了“端，體之無序最前者也?！钡挠^點。墨子的“端”即物質(zhì)的最小單位，有現(xiàn)代原子的意義，意味著他對物質(zhì)的非連續(xù)性的認識。與此同時，希臘哲學家德漠克利特認為宇宙萬物皆由大量極微小的、硬的、不可穿透的、不可分割的粒子所組成，他稱這些粒子為原子(atom)，“atom”在希臘文中是不可分割的意思。

物質(zhì)是由不可分割的“端”或“atom”構(gòu)成的，這就是古代哲學家的原子觀，這種觀點只是一種哲學上的猜想、推理，沒有實驗根據(jù)，因而對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識是朦朧的、幼稚的，還處于萌芽時期。

道爾頓的原子結(jié)構(gòu)模型：

中世紀之后，原子概念受到了不少科學家的重視。 隨著生產(chǎn)和自然科學的發(fā)展，原子學說也得到了發(fā)展。1803年，英國化學家道爾頓提出了“原子論”學說，其要點是：

1、元素是由非常微小、不可再分的微粒即原子組成。原子在一切化學變化中不可再分，并保持自己的獨特性質(zhì)。

2、同一種元素所有原子的質(zhì)量、性質(zhì)都完全相同。不同元素的原子質(zhì)量和性質(zhì)各不相同，原子質(zhì)量是每一種元素的基本特征之一。

3、不同元素化合時，原子以簡單整數(shù)比結(jié)合。和古希臘原子論不同的是道爾頓的原子論和化學分析相結(jié)合，涉及不同原子的質(zhì)量和化合比例。這一理論不僅為化學，也為物理學帶來深遠影響。這種觀點的核心是原子的不可分割性。

湯姆生的原子結(jié)構(gòu)模型：

到世19紀，隨著陰極射線、放射現(xiàn)象、射線的發(fā)現(xiàn)動搖了人們對道爾頓“原子論”的看法。年英國科學家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，隨著對放射性現(xiàn)象的深人研究，人們終于在20世紀初拋棄了原子不可分割的陳舊觀念。

1898年湯姆生基于對原子內(nèi)一定有帶電微粒存在的認識，提出了原子是個帶正電的球，帶負電荷的電子在原子中好像西瓜籽鑲嵌在西瓜中一樣，原子好似一塊“布滿漿果的松糕”。

盧瑟福的原子結(jié)構(gòu)模型：

英國科學家盧瑟福是湯姆生的得意門生，他用α粒子敲開了原子世界的大門，揭開了原子世界的內(nèi)幕。1911年的一天，他讓助手蓋革用α粒子撞擊厚度為0.6微米的金箔時，助手們的實驗結(jié)果卻出乎他的意料?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)絕大部分α粒子都能穿透金箔，某些改變了方向，甚至再度出現(xiàn)在入射面的同側(cè)”，“入射的個粒子有個被反彈回來了”。

盧瑟福不相信自己的耳朵，這好比一張白紙把以每秒二百萬公里速率飛行的重型炮彈給彈了回來“不是蓋革他們弄錯的話，就是我們以前對原子的看法有問題”。

實際上，該實驗現(xiàn)象是正確的，它表明原子內(nèi)部有很大的空隙，被反射回來的粒子一定是碰到了質(zhì)量遠大于。粒子的、帶正電荷的極小微粒的結(jié)果。因為粒子的質(zhì)量是電子的以余倍，若兩者相撞，只可能是電子被彈開，粒子偏離不大。

盧瑟福經(jīng)過精密計算，算出了原子核的直徑為10nm~5nm，比原子直徑小以10 000倍，并在此實驗基礎上提出了全新的原子模型一一行星模型原子中有個極小的核，它幾乎集中了原子全部的質(zhì)量，帶有n個正電荷，另有n個電子繞核運動，就像行星繞太陽旋轉(zhuǎn)一樣。盧瑟福的原子模型成功解釋了許多實驗現(xiàn)象，對人類認識原子結(jié)構(gòu)具有重要的意義，是科學史上一個劃時代的貢獻。

玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型：

丹麥科學家玻爾又根據(jù)原子行星模型、量子概念和光子概念在1913年闡明原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論。提出電子在固定的層面上運動，當電子從一個層面跑到另一個層面時，原子便吸收或釋放能量。

后來的實驗進一步表明，核外電子的運動很特別，它不像行星繞著太陽旋轉(zhuǎn)一樣有固定的軌道，而是既像聲波、水波一樣具有波動性，又像子彈一樣具有粒子性。以后又經(jīng)過很多科學家的努力，建立了目前流行的原子模型。

在該模型中，電子繞核高速運動，在一個確定的時刻不能精確測定電子的確切位置。為了描寫電子的運動規(guī)律，用電子云表示電子在原子周圍各區(qū)域出現(xiàn)幾率的大小。將這種幾率分布用圖像表示時，以濃淡程度表示幾率的大小，其形象如同電子在原子核周圍形成的云霧團。

科學是沒有國界、沒有止境的，我們相信，隨著實驗條件和實驗手段的改進，人們對原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認識也將會更加科學。

原子由帶正電的原子核和帶負電的核外電子組成，原子核非常小，核外電子占的部分很大。原子核由帶正電的質(zhì)子與不帶電的中子構(gòu)成，原子的質(zhì)子數(shù)等于核外電子數(shù)，所以原子不帶電。質(zhì)子和中子，它們還具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也就是夸克。

電子

電子是構(gòu)成原子的基本粒子之一，質(zhì)量極小，帶負電，在原子中圍繞原子核旋轉(zhuǎn)。不同的電子數(shù)目不同，例如，每一個碳原子中含有6個電子，每一個氧原子中含有8個電子。能量高的離核較遠，能量低的離核較近。通常把電子在離核遠近不同的區(qū)域內(nèi)運動稱為電子的分層排布。

電子是靜止質(zhì)量為9.109×10^-31kg、電荷為-1.602×10^-19C的穩(wěn)定基本粒子。在一般情況下是指帶負電荷的負電子，其反粒子是帶正電荷的正電子。

質(zhì)子

質(zhì)子是一種帶 1.6×10-19庫侖(C)正電荷的亞原子粒子，直徑約 1.6~1.7×10^-15 m，質(zhì)量是938百萬電子伏特/c2(MeV/c2)，即1.6726231×10^-27 kg，大約是電子質(zhì)量的1836.5倍。質(zhì)子屬于重子類，由兩個上夸克和一個下夸克通過膠子在強相互作用下構(gòu)成。

中子

中子是組成原子核的核子之一。中子是組成原子核構(gòu)成化學元素不可缺少的成分(注意：氕原子不含中子)，雖然原子的化學性質(zhì)是由核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)目確定的，但是如果沒有中子，由于帶正電荷質(zhì)子間的排斥力(質(zhì)子帶正電，中子不帶電)，就不可能構(gòu)成除只有一個質(zhì)子的氫之外的其他元素。中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。

夸克

夸克是一種參與強相互作用的基本粒子，也是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元?？淇嘶ハ嘟Y(jié)合，形成一種復合粒子，叫強子。強子中最穩(wěn)定的是質(zhì)子和中子，它們是構(gòu)成原子核的單元。由于一種叫“夸克禁閉”的現(xiàn)象，夸克不能夠直接被觀測到，或是被分離出來，只能夠在強子里面找到。基于這個原因，我們對夸克的所知大都是間接的來自對強子的觀測。夸克的性質(zhì)有：

1、夸克是科學家認為不能再分割的一種基本粒子。

2、所有的重子都是由三個夸克組成的，反重子則是由三個相應的反夸克組成的，比如質(zhì)子，中子。質(zhì)子由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。

3、以下夸克都帶電，比如質(zhì)子由2個上夸克和1個下夸克。上夸克攜帶 2/3 電荷，下夸可攜帶 負1/3 電荷，所以質(zhì)子帶一單位正電荷。

原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)的規(guī)律性聯(lián)系，是基礎化學的基本理論之一，是中學化學的重點內(nèi)容，也是中學生學習化學較難理解的理論。

1、元素周期律

元素的性質(zhì)是有規(guī)律的，這個規(guī)律就是元素周期律:元素性質(zhì)隨著核電荷數(shù)(即質(zhì)子數(shù))的遞增而呈周期性的變化，元素按原子序數(shù)(核電荷數(shù))遞增的順序依次排列成周期表，原子最外層上的電子數(shù)目由1到8，呈周期性變化，即電子層結(jié)構(gòu)重復s1到s2p6的變化。

每一周期(第一周期除外)都是由堿金屬開始，以希有氣體結(jié)尾，每次這樣的重復是一個周期的結(jié)束，也是一個周期的開始。元家周期律正是原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)周期性變化的反映，元素的性質(zhì)的周期性來深于原子電子層結(jié)構(gòu)的周期性。

2、核外電子排布

關于原子的核外電子排布，首先涉及到的是原子軌道的能量次序問題，在多電子原子中，原子軌道的能最是由多種因素決定的，它包括占據(jù)該軌道電子的動能，該電子受核的吸引位能以及與其所有電子間的庫侖排斥能。

所以原子軌道的能量與原子的核電荷數(shù)有關，也與該電子本身所處的狀態(tài)、其它電子的狀態(tài)以及它們之何復雜的相互作用密切相關，對于基態(tài)電子的核外電子盡可能按能量最低原理排布，而微觀粒子的運動狀態(tài)是受量子化條件——全同粒子反對稱性要求的限制。

電子不可能都擠在一起，還要遵循泡利不相容原理。量子力學的理論也指出在等價軌道上的電子以全充滿、全空狀態(tài)排布的，具有較低的能量和較大的穩(wěn)定性。

3、元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)

如要具體分析元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，可以分主族元素、副族元素的性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關系來討論。

主族元素：

主族元素的族數(shù)與其原子最外層電子數(shù)相等，主族元素的最高氧化數(shù)等于原子最外層電子數(shù)，在同一族內(nèi)，不同元素的原子電子層數(shù)不同。最外層電子數(shù)相同，如堿金屬都是ns1，鹵素都是ns2np5。

因此，同一族元素的性質(zhì)非常相似，而堿金屬與鹵素相比較，兩者最外層電子結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)也不同，堿金屬原子最外層僅有一個電子，易失去電子形成陽離子，顯很強的金屬性，鹵素原子最外層有7個電子，有強烈吸引電子的傾向，易得到一個電子形成陰離子，顯很強的非金屬性。

同一主族元素，由于各元素原子電子層數(shù)不同，它們的性質(zhì)也有一定的差別。

副族元素：

副族元素的情況稍有不同。次外層上電子數(shù)目多于8而不多于18個的一些元素，它們除了能失去最外層電子外，還能失去次外層電子的一部分d電子。

例如鐵元素Fe[Ar]3d64s2，它既可失去4s2最外層兩個電子形成氧化數(shù)為+2的鐵的化合物，也可以再失去一個d電子形成氧化數(shù)為+3的鐵的化合物。又如鑭系元素鈰Ce[Xe]4f15d16s2，可以失去6s2最外層兩個電子和5d1次外層一個電子。形成氧化數(shù)為+3的鈰的化合物，也可以再失去4f1倒數(shù)第三層一個電子，形成氧化數(shù)為+4的鈰的化合物。

綜合上述可以得出結(jié)論，元素性質(zhì)是由它的原子結(jié)構(gòu)決定的，即由其原子的核電荷數(shù)和核外電子層結(jié)構(gòu)決定的。元素的性質(zhì)，特別是化學性質(zhì)跟它的原子最外層電子數(shù)目非常密切，有些元素的性質(zhì)還跟它的原子的次外層電子數(shù)目甚至倒數(shù)第三層電子數(shù)目密切相關，因此只籠統(tǒng)地說元素的性質(zhì)是由原子的最外層電子數(shù)決定的是不正確。