為什么不同的物質(zhì)具有不同的性質(zhì)呢?為什么同族元素在化學(xué)性質(zhì)方面具有許多相似的地方,又存在著規(guī)律性的變化呢?
要回答這些問題,我們就只能從原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中去探討.因為物質(zhì)的性質(zhì)是由它們的結(jié)構(gòu)所決定的,只有認識了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),才能更好地認識物質(zhì)的性質(zhì)和它們的變化規(guī)律.本章主要內(nèi)容就是介紹分子結(jié)構(gòu)的理論和它的具體應(yīng)用。

物質(zhì)是由分子組成的,分子是由原子組成的,那末原子又是什么組成的呢?
在19世紀末期以 前,大多數(shù)的化學(xué)家和物理學(xué)家都認為原子是構(gòu)成物質(zhì)最小的、不能再分的微粒.一直到了19世紀末期,由于放射性現(xiàn)象等一系列的新發(fā)現(xiàn),才打破了這種認為原子是構(gòu)成物質(zhì)最小的、不能再分的微粒的看法。
放射性現(xiàn)象1896年,法國物理學(xué)家貝克勒耳有一次偶然發(fā)現(xiàn),用黑紙包著的照相底片和(U)的化合物放置在一起后,照相底片感了光。這個現(xiàn)象,使他感到很大的興趣,因為通光線是不可能透過黑紙的.因此,他認為鈾的化合物可能放出一種特殊的看不見的射線,這種射線會透過一般光線不能透過的紙面使照相底片感光.
這個現(xiàn)象的進一步研究,是由當時在法國索本大學(xué)實驗室里工作的居里夫人和她的丈夫居里進行的.經(jīng)過他們長期觀苦的實驗和研究,又發(fā)現(xiàn)了比鈾具有放出這種特珠射線能力更強的兩種元素一一釙(Po)和鐳(Ra).后來就把物質(zhì)的這種自發(fā)的放出看不見的射線的性質(zhì)叫做放射性,具有放射性的物質(zhì)叫做放射性物質(zhì)。
那末放射性物質(zhì)所放出的射線究竟是什么呢?讓我們求看下面的一個實驗。
把放射性物質(zhì)一一鐳(實際上是用鐳的化合物)放在一只上方開有一個細孔的鉛制小盒里,由于鉛能阻止射線通過所以只有一東射線通過小孔向外射出。如果在射線通道的兩側(cè)放兩塊極板①,并接通較強直流電源,使成陰陽兩極(3·1)這樣,射線就會受到它們的影響。
在自然界里有兩種是正電荷,另一種是負電荷,同性相斥,異性電荷相吸.電荷在母電體中移動,使導(dǎo)電體有電流通過。
直流電源有正,負兩極,當金屬板或碳棒分別與電源正、負極相連時,形成陽、陰兩電極,分別帶有正電(用“+“表示)和負電(用“一”表示)
分成三東前進:一束沒有變化,仍然以原來射出的方向前進,叫做2①射線;一束向著帶負電的極板偏轉(zhuǎn),叫做a②射線:再有一束向著帶正電的極板偏轉(zhuǎn),叫做B②3射線.
y射線是一種特殊的光波,它不含任何帶電的微粒,所以兩旁電極對它沒有影響。
a射線是由高速度運動著的帶正電的微粒組成的.這種微粒叫a粒子.每個a粒子的質(zhì)量約等于4個氧單位,它帶2個單位正電荷,所以受到帶負電的陰極吸引,向該極板偏轉(zhuǎn)。
B射線是由高速度運動著的帶負電的微粒組成的,這種微粒叫B粒子,就是電子.每個電子的質(zhì)量約等于1/1840個氧單位,它帶1個單位負電荷,所以受到帶正電的陽極吸引,向該極偏轉(zhuǎn)。
之后,居里夫人和其他科學(xué)家在研究鐳的放射現(xiàn)象時,又發(fā)現(xiàn),盡管用來研究的鐳非常純凈,但在它的周圍常有兩種新元素存在,一種是惰性氣體氮(He),另一種是當時還不知道的元素氫(Rn).經(jīng)過仔細的研究,知道氮和氫都是鐳放射后的產(chǎn)物.象這種由于放射現(xiàn)象,由一種元素的原子轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌氐脑拥淖饔?叫做原子的蛻變。
鐳原子的蛻變可用圖3·2表示,這里還值得注意的是,鐳的放射現(xiàn)象既不決定于含在哪種
①是希臘字母,讀作 gamma(音:格馬)
②a是希臘字母,讀作alFa(音:阿爾法)
③β是希脂字母,讀作beta(音:倍塔).鐳只只放出和γ射線,B射線是由錐進行放射后生成的其他產(chǎn)物繼續(xù)放出來的.
鹽里,也不決定于外界溫度、壓強等等條件,這是鐳原子自發(fā)蛻變的結(jié)果。
放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),人們得到了下列的結(jié)論:
(1)一種元素的原子可能變成其他元素的原子,也就是說,一種元素可以變成其他元素。
(2)原子既然可以蛻變,并在蛻變的過程中有射線放出可見原子具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)究竟是怎樣的呢?
1911年,英國物理學(xué)家蘆瑟福用一東高速度帶正電荷的a微粒流來射擊金屬薄片的時候,發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的a微粒能夠穿過金屬薄片而不改變方向繼續(xù)前進,這說明原子內(nèi)部是很“空敝”的.但有一部分的微粒穿過金屬薄片時方向稍有改變,并且有極少數(shù)的(平均每一萬個中約有一個)偏轉(zhuǎn)較大,甚至有個別的微粒好象碰到一種極硬的、不可穿過的東西一樣被彈回來(圖3·3),這些現(xiàn)象說明了a微粒一定碰到了一種體積很小、帶正電荷的東西.因為粒子帶正電荷,同性電荷相斥,所以被彈了回來.蘆瑟福把它叫做原子核,并認為每個原子都有一個原子核,原子核位于原子的中心,占有很小的體積,在原子核外有一定數(shù)目的電子,以極高的速度繞核運轉(zhuǎn)著,一切原子的核所帶的正電量和核外電子所帶的負電總量相等,所以整個原子不顯電性。
這里產(chǎn)生一個問題,電子帶負電,原子核帶正電,電子會不會被原子核吸引到核上去呢?蘆瑟福認為,電子在原子核外以極高的速度繞核迅速運轉(zhuǎn),具有一定的能量,好象行星繞太陽運轉(zhuǎn)一樣樣,所以不會被吸引到原子核上去,因此電子和核就保持著一定的距離。
經(jīng)過以后科學(xué)家進一步研究的結(jié)果,證實了蘆瑟福的這些想法,而且發(fā)現(xiàn)各種元素的原子核所帶的正電荷量(或稱核電荷數(shù))是不同的。
圖3·4表示氫原子的結(jié)構(gòu)示意圖,其中氫原子核在原子的中心,帶有1個單位正電荷;有1個電子在繞核迅速運轉(zhuǎn),電子帶1個單位負電荷.電子的質(zhì)量極小,大約只等于氫原子質(zhì)量的1/1840.因此,原子的質(zhì)量主要集中在它的核上。
上面有關(guān)原子模型的描述,可簡要地歸納如下:
(1)每個原子里都有一個體積極小、帶有正電的的原子核,核外有一定數(shù)目的電子,以極高的速度繞核運轉(zhuǎn)著;
(2)一切原子的核所帶的正電量和核外電子所帶的負電總量相等,所以整個原子不顯電性。
(3)原子的質(zhì)量主要集中在它的核上。