6．原子结构模型的演变——否定之否定才是科学道路

【知识内涵】1803年道尔顿提出第一个原子结构模型，即道尔顿实心球模型。

约瑟夫·约翰·汤姆逊(Joseph John Thompson)在1897年发现电子，否定了道尔顿的“实心球模型”。1904年约瑟夫·约翰·汤姆逊提出的模型：原子是一个带正电荷的球，电子镶嵌在里面，原子好似一块“葡萄干布丁”(Plum Pudding)，故名“枣糕模型”或“葡萄干蛋糕模型”；或是像西瓜子分布在西瓜瓤中，所以称为“西瓜模型”。

汤姆逊的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验(散射实验)，否认了枣糕模型的正确性。1911年卢瑟福提出行星模型：原子的大部分体积是空的，电子按照一定轨道围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转。

1913年，玻尔认为原子和核外电子不是随意占据在原子核的周围，而是在固定的层面上运动，当电子从一个层面跃迁到另一个层面时，原子便吸收或释放能量。为了解释氢原子线状光谱这一事实，玻尔在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型，这就是玻尔量子化模型。

20世纪20年代以来，现代原子模型，即电子云模型或称波动力学模型，电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，具有波粒二象性的微观粒子在一个确定时刻其空间坐标与动量不能同时测准，这是德国物理学家海森堡在1926年提出的著名的测不准原理。电子云模型是迄今最成功的原子结构模型，它是20世纪20年代以海森堡和薛定锷为代表的科学家们通过数学方法处理原子中电子的波动性而建立起来的。该模型不但能够预言氢的发射光谱(包括玻尔模型无法解释的谱线)，而且也适用于多电子原子，从而更合理地说明核外电子的排布方式。原子结构模型的历史演变如图1.9所示。

图1.9 原子结构模型的历史演变

【思政核心】科学的道路是坎坷的，是否定之否定的，是一步接一步接近真理的，而不是一蹴而就的(图1.10)。

【讲授方法】原子结构模型从1803年道尔顿提出的第一个实心球模型到20世纪20年代以海森堡和薛定锷为代表的科学家们提出的电子云模型，经历了一百多年的发展，并经历了“汤姆逊枣糕模型”“卢瑟福行星模型”和“玻尔量子化模型”三个假设模型。由此说明，科学的道路是坎坷的，是否定之否定的，是一步步接近真理的，而不是一蹴而就的。

图1.10 否定之道 (罗梓瑞 作)