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原子是一种元素
能保持其化学性质的最小单位。一个原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核
周围带负电的电子。原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。当质子数与电子数相同时，这个原子就是电中性的；否则，就是带有正电荷或者负电荷的离子
。根据质子和中子数量的不同，原子的类型也不同：质子数决定了该原子属于哪一种元素，而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素
。 原子的英文名是从希腊语
转化而来，原意为不可切分的。很早以前，印度
、中国
和希腊
的哲学家
就提出了原子的不可切分的概念。17和18世纪时，化学家
发现了物理学的根据：对于某些物质，不能通过化学手段将其继续的分解。19世纪晚期和20世纪早期，物理学家
发现了亚原子粒子
以及原子的内部结构，由此证明原子并不是不能进一步切分。量子力学
原理能够为原子提供很好的模型
。[2][3]
与日常体验相比，原子是一个极小的物体，其质量也很微小，以至于只能通过一些特殊的仪
器才能观测到单个的原子，例如扫描隧道显微镜。原子的99.9%的重量集中在原子核，[4] 其中的质子和中子有着相近的质量。每一种元素至少有一种不稳定的同位素，可以进行放射性衰变。这直接导致核转化，即原子核中的中子数或质子数发生变化。[5] 电子占据一组稳定的能级，或者称为轨道。当它们吸收和放出光子的时候，电子也可以在不同能级之间跳跃，此时吸收或放出光子的能量与能级之间的能量差相等。电子决定了一个元素的化学属性，并且对原子的磁性有着很大的影响。
历史
主条目：原子论
关于物质是由离散单元组成且能够被任意的分割的概念流传了上千年，但这些想法只是基于抽象的、哲学的推理，而非实验和实证观察。随着时间的推移以及文化及学派的转变，哲学上原子的性质也有着很大的改变而这种改变往往还带有一些精神因素。尽管如此，对于原子的基本概念在数千年后仍然被化学家们采用，因为它能够很简洁地阐述一些化学界的新发现。[6]
现存最早关于原子的概念阐述可以追溯到公元前6世纪的古印度。[7]正理派和胜论派发展了一种完备的理论来描述原子是如何组成更加复杂的物体（首先成对，然后三对再结合）。[8]西方的文献则要晚一个世纪，是由留基伯提出，他的学生德谟克利特总结了他的观点。大约在公元前450年，德谟克利特创造了原子这个词语，意思就是不可切割。尽管印度和希腊的原子观仅仅是基于哲学上的理解，但现代科学界仍然沿用了由德谟克利特所创造的名称。三特医院[6]前4世纪左右，中国哲学家墨翟在其著作《墨经》中也独立提出了物质有限可分的概念，并将最小的可分单位称之为“端”。[9]
直到化学作为一门科学开始发展的时候，对原子才有了更进一步的理解。1661年，自然哲学家罗伯特·波义耳出版了《怀疑的化学家》一书，书中他声称物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的，而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。[10]1789年，既是法国贵族，又是科学研究者的拉瓦锡定义了元素一词，从此，元素就用来表示化学变化中的最小的单位。[11]
道尔顿《化学哲学新体系》一书中描述的各种原子和分子。1808年
1803年，英语教师及自然哲学家约翰·道尔顿用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈整数倍反应，即倍比定律；也解释了为什么某些气体比另外一些更容易溶于水。他提出每一种元素只包含唯一一种原子，而这些原子相互结合起来就形成了化合物。[12][13]
1827年，英国植物学家罗伯特·布朗在使用饮用水水质标准显微镜观察水面上灰尘的时候，发现它们进行着不规则运动，进一步证明了微粒学说。后来，这一现象被称为为布朗运动。德绍儿克思在1877年提出这种现象是由于水分子的热运动而导致的。1905年，爱因斯坦提出了第一个数学分析的方法，证明了这个猜想。[14][15][16]
在关于阴极射线的工作中，物理学家约瑟夫·汤姆孙发现了电子以及它的亚原子特性，粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想。[17]汤姆孙认为电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。这也叫做梅子布丁模型。
然而，在1909年，在物理学家卢瑟福的指导下，研究者们用氦离子轰击金箔。他们意外的
发现有很小一部分离子的偏转角度远远大于使用汤姆孙假设所预测值。卢瑟福根据这个金铂实验的结果提出原子中大部分质量和正电荷都集中在位于原子中心的原子核当中，电子则像行星围绕太阳一样围绕着原子核。带正电的氦离子在穿越原子核附近时，就会被大角度的反射。[18]
1913年，在进行有关对放射性衰变产物的实验中，放射化学家弗雷德里克·索迪发现对于元素周期表中的每个位置，不仅仅只有一种原子。[19] 玛格丽特·陶德创造了同位素一词，来表示同一种元素中不同种类的原子。在进行关于离子气体的研究过程中，汤姆孙发明了一种新技术，可以用来分离不同的同位素，最终导致了稳定同位素的发现。[20]
氢原子的玻尔模型，展示了一个电子在两个固定轨道之间跃迁并释放出一个特定频率的光子。
与此同时，物理学家玻尔重新省视了卢瑟福的模型，他认为电子应该位于确定的轨道之中，并且能够在不同轨道之间跳跃，而不是像先前认为那样可以自由的向内或向外移动。电子在这些固定轨道间跳跃时，必须吸收或者释放特定的能量。[21]当热源产生的一束光穿过棱镜时，能够产生一个多彩的光谱。应用轨道跃迁的理论就能够很好的解释光谱中存在的位置不变的线条。[22]
1916年，路易士发现化学键断章 赏析的本质就是两个原子间电子的相互作用。[23] 众所周之，元素的化学性质按照周期律反复的循环。[24]1919年，美国化学家朗缪尔提出原子中的电子以某种性质相互连接或者说相互聚集。一组电子占有一个特定的电子层。[25]
1926年，薛定谔使用路易·德布罗意于1924年提出的波粒二象性的假说，建立了一个原子的数学模型，用来将电子描述为一个三维波形。使用波形来描述电子的一个直接后果就是在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值，1926年，海森堡建立了相关的方程，这也就是后来著名的不确定性原理。这个概念描述的是，对于测量的某个位置，只能得到一个不确定的动量范围，反之亦然。尽管这个模型很难想象，但它能够解释一些以前观测到却不能解释的原子的性质，例如比氢更大的原子的谱线。因此，人们不再使用原子的行星模型，而更倾向于将原子轨道视为电子存在概率的区域。[26][27]
一个质谱仪的简易原理图
质谱的发明使得科学家可以直接测量原子的准确质量。该设备通过使用一个磁体来弯曲一束离子，而偏转量取决于原子的质荷比。弗朗西斯·阿斯顿使用质谱证实了同位素有着不同的质量，并且同位素间的质量差都为一个整数，这被称为整数规则。[28]1932年，詹姆斯·查德威克发现了中子，解释了这一个问题。中子是一种中性的粒子，质量与质子相仿。同位素则被重新定义为有着相同质子数与不同中子数的元素。[29]
1950年代，随着粒子加速器及粒子探测器的发展，科学家们可以研究高能粒子间的碰撞。[30]他们发现中子和质子是强子的一种，又更小的夸克微粒构成。核物理的标准模型也随之发展，能够成功的在亚原子水平解释整个原子核以及亚原子粒子之间的相互作用。[31]
1985年左右，朱棣文及其同事在贝尔实验室开发了一种新技术，能够使用激光来冷却原子。威廉·丹尼尔·菲利普斯团队设法将纳原子置于一个磁阱中。这两个技术加上由克洛德·科昂-唐努德日团队基于多普勒效应开发的一种方法，可以将少量的原子冷却至微开尔文的温度范围，这样就可以对原子进行很高精度的研究，这也直接导致了玻-爱因斯坦凝聚的发现。[32]
历史上，因为单个原子过于微小，被认为不能够进行科学研究。最近，科学家已经成功使用一单个金属原子与一个有机配体连接形成一个单电子晶体管。[33] 在一些实验中，通过激光冷却的方法将原子减速并捕获，这些实验能够带来对于物质更好的理解。[34]
维护国家五大安全[编辑]第十一届全国人民代表大会第四次会议原子的组成
[编辑]亚原子粒子
主条目：亚原子粒子
尽管原子的英文名称（atom）本意是不能被进一步分割的最小粒子，但是在现代科学领域，原子实际上包含了很多不同的亚原子粒子。它们分别是电子，质子和中子。氢-1原子和带一个正电荷的氢离子例外，前者没有中子，后者则只有一个质子。
到目前为止，电子是所有粒子中质量最小的，只有9.11×10−31kg。电子带有一个负电荷，其体积因为过于微小，使用现有技术尚无法测量。[35]质子带有一个正电荷，质量是电子质量的1836倍，为1.6726×10−27kg，然而部分质量可以转化为原子结合能。中子不带电，自由中子的质量是电子质量的1839倍，为1.6929×10−27以药养医kg。[36] 中子和质子的尺寸相仿，均在2.5×10−15m这一数量级，但它们的表面并没能精确定义。[37]
在物理学标准模型理论中，质子和中子都由名叫夸克的基本粒子构成。夸克是费米子的一种，也是构成物质的两个基本组分之一。另外一个基本组份被称作是轻子，电子就是轻子的一种。夸克共有六种，每一种都带有分数的电荷，不是+2/3就是-1/3。质子就是由两个上夸克和一个下夸克组成，而中子则是由一个上夸克和两个下夸克组成。这个区别就解释
了为什么中子和质子电荷和质量均有差别。夸克由强相互作用结合在一起的，由胶子作为中介。胶子是规范玻子的一员，是一种用来传递力的基本粒子。[38][39]
[编辑]原子核
主条目：原子核
这个图展示了不同同位素中，将核子连在一起所需要的能量。
原子中所有的质子和中子结合起来就形成了一个很小的原子核，它们一起也可以被称为核子。原子核的半径约等于 fm其中A是核子的总数。[40]原子半径的数量级大约是105fm，因此原子核的半径远远小于原子的半径。核子被能在短距离上起作用的残留强力束缚在一起。当距离小于2.5fm的时候，强力远远大于静电力，因此它能够克服带正电的质子间的相互排斥。[41]
同种元素的原子带有相同数量的质子，这个数也被称作原子序数。而对于某种特定的元素，中子数是可以变化的，这也就决定了该原子是这种元素的哪一种同位素。质子数量和中子数量决定了该原子是这种元素的哪一种核素。中子数决定了该原子的稳定程度，一些同位素能够自发进行放射性衰变。[42]
中子和质子都是费米子的一种，根据量子力学中的泡利不相容原理，不可能有完全相同的两个费米子同时拥有一样量子物理态。因此，原子核中的每一个质子都占用不同的能级，中子的情况也与此相同。不过泡利不相容原理并没有禁止一个质子和一个中子拥有相同的量子态。[43]
如果一个原子核的质子数和中子数不相同，那么该原子核很容易发生放射性衰变到一个更低的能级，并且使得质子数和中子数更加相近。因此，质子数和中子数相同或很相近的原子更加不容易衰变。然而，当原子序数组建增加时，因为质子之间的排斥力增强，需要更多的中子来使整个原子核变的稳定，所以对上述趋势有所影响。因此，当原子序数大于20时，就不能到一个质子数与中子数相等而又稳定的原子核了。随着Z的增加，中子和质子的比例逐渐趋于1.5。[43]
