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第一章 早晨 1 1 起床（第8页）

原子和分子理论在今天代表了一种稳定的思想，是所有物理化学科学的基础。

当然不仅有双原子分子，还有由数千个原子组成的更复杂的大分子（maolecule）。

“我们所说的分子是指相同或不同原子的最小集合体，能够独立存在，并具有分子构成的物质的所有化学和物理性质”

，阿伏加德罗这句对分子的定义至今仍有意义。

今天，通过一些特殊的技术，如扫描隧道显微镜（SgTunnelingMicroscope）或场离子显微镜（FieldIonMicroscope），我们甚至能够用肉眼看到原子和分子，并且能够估计它们的大小。

我们知道原子的数量级是10-8厘米（一亿分之一厘米）。

尽管“原子”

一词的词源含义（不可分割）一直保留着，但19世纪末到20世纪初进行的一系列研究也使我们认识到原子是由其他更小的粒子组成的。

在同一时期，威廉·克鲁克斯（WilliamCrookes，1832—1919）和约瑟夫·约翰·汤姆森（JosephJohnThomson，1856—1940）的研究（见第四章第2节），让人们发现了电子。

电子是构成原子的最小粒子，带负电荷。

1909年，新西兰籍的物理学家欧内斯特·卢瑟福（Erherford，1871—1937）发现原子中含有一个原子核，也就是一个很小的带有正电荷的中心区域，并且集中了原子的大部分质量。

而原子核又由另外两种粒子构成：带正电荷的质子和不带电荷的中子。

起初，卢瑟福认为电子是围绕着原子核运转的，就像行星围绕太阳一样，即原子行星模型（modelloplaomo）。

实际上事情要复杂得多。

量子力学（QuantumMeics）是20世纪前30年发展起来的一个物理学分支，它表明对于电子等微观粒子来说，再谈论轨道概念已经没有意义了。

事实上，微观粒子的行为与波相似，所以我们无法在空间中对粒子定位，但定位又是描述它们的轨迹所必需的。

因此量子力学用概率的方式来描述电子在原子核周围的运动。

我们可以通过轨函（orbital）做到这一点，轨函实质上是一个数学函数，可以逐点计算空间中发现电子的概率。

量子力学还能为每个原子轨道计算出相关的能量。

由此我们发现，每个原子轨道上的电子的能量值不是任意的，只能是彼此不同的一些确定的（非连续的）值：这些能量值被称为能级。

图3为两种原子轨道示意图。

图3　两种原子轨道示意图

虽然这些描述很抽象，而且也看不见，但可以解释原子所有明显的特性。

因此，轨函的应用在现代化学中至关重要。

通过对原子的电子构型（eleifiguration，即原子中的电子在各个轨道上的分布）的认识，可以解释元素的所有化学性质。

门捷列夫（Mendeleev）的元素周期表上可以找到关于电子构型的完美解释。

例如，属于同一族（同一竖列）的元素有相似的化学性质是因为它们的外部电子构型几乎一样。

因此，稀有气体（或称惰性气体：氦、氖、氩、氪、氙、氡和）之所以具有化学惰性，是因为它们的电子构型非常稳定。

所有其他（非惰性）元素都倾向于改变其构型，以使其像稀有气体一样有稳定的结构，这就是它们会结合形成分子的原因。

我们将在下一节专门讨论化学键（见第一章第2节）。