第1节 原子的质量和大小
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§1.1
原子的质量和大小
一、原子的质量
一百多种元素的原子，其质量各不相同。 一百多种元素的原子，其质量各不相同。将自然界最丰富 12C的原子质量定为12个单位 记为12u 的原子质量定为12个单位， 12u， 的12C的原子质量定为12个单位，记为12u，u为原子质量 单位。 单位。
12 ( g ) 1 1( g ) u= = = 1.660 × 10 - 27 kg = 931.5MeV/c 2 N 12 N 0 0
例如 Li原子 A=7， ρ =0.7， 原子 ， ，
三、 电子的发现
1897年汤姆逊从如右图放电管中的阴极射线发现了带负电 年汤姆逊从如右图放电管中的阴极射线发现了带负电 的电子，并测得了e/m比。 的电子，并测得了 比 电场力与洛仑兹力平衡时 只有磁场时
evB = eE
_ E B +
v m = evB r
荷质比
2
e E = 2 m B r
1910年密立根用油滴做实验发现了电子的电量值 年密立根用油滴做实验发现了电子的电量值 e =1.602×10－19（c） 从而电子质量是： 从而电子质量是：
me = 9.109 × 10 −31 kg = 0.511MeV / c 2 = 5.487 × 10 − 4 u
分解一摩尔原子的物质所需的电量 N0 = 一个离子所带的电量
nF F = = ne e
e为电子电量，测出e，就可以求出 0。可见，N0将宏观 为电子电量，测出 ，就可以求出N 可见， 为电子电量 世界观量F与微观电量 联系起来了。 与微观电量e联系起来了 世界观量 与微观电量 联系起来了。
二、 原子的大小
在汤姆逊之前，人们对阴极射线研究已经数十年， 在汤姆逊之前，人们对阴极射线研究已经数十年，为什么没有 人发现电子？ 人发现电子？ 其实，关键的问题在于高真空的获得 赫兹（ 其实，关键的问题在于高真空的获得. 赫兹（Hertz)早就作过 早就作过 类似的实验，但并没发现任何偏转，他就错误地认为： 类似的实验，但并没发现任何偏转，他就错误地认为：阴极 射线是不带电的. 射线是不带电的 1890年，休斯脱研究过氢放电管的射线偏转，算出荷质比为 年 休斯脱研究过氢放电管的射线偏转， 氢离子荷质比的千倍以上。但他不敢相信自己的测量结果， 氢离子荷质比的千倍以上。但他不敢相信自己的测量结果， 觉得“阴极射线质量不到氢原子的1/1000”的结论是荒谬的， 的结论是荒谬的， 觉得“阴极射线质量不到氢原子的 的结论是荒谬的 相反，他假设：阴极射线离子的大小与氢原子一样， 相反，他假设：阴极射线离子的大小与氢原子一样，而电荷 却较氢离子大。 却较氢离子大。 1897年，德国考夫曼〔w．Kaufman)做了类似的实验，他测到 年 德国考夫曼〔 ． 做了类似的实验， 做了类似的实验 远比汤姆逊的要精确。 的e/m远比汤姆逊的要精确。他还观察到 远比汤姆逊的要精确 他还观察到e/m值随电子速度的改 值随电子速度的改 变而改变。但是，他当时没有勇气发表这些结果： 变而改变。但是，他当时没有勇气发表这些结果：他不承认明 极射线是粒子的假设。直到190l年，他才把结果公布于世。 极射线是粒子的假设。直到 年 他才把结果公布于世。
元素 X 的原子质量为
A( g ) M (X) = = Au N0
A是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。 是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。
1838年，英国物理学家法拉第（Faraday，1791-1867）在 年 英国物理学家法拉第（ ， ） 总结大量实验结果的基础上，确定了法拉第电解定律： 总结大量实验结果的基础上，确定了法拉第电解定律：任 何一摩尔单价离子，永远带有相同的电量F， 称为法拉第 何一摩尔单价离子，永远带有相同的电量 ，F称为法拉第 常数，经实验测定， 的值为 的值为： 库仑/摩尔 常数，经实验测定，F的值为：F=96486.7库仑 摩尔。 库仑 摩尔。
设原子的质量密度为ρ(g/cm3)，将原子看作是球体， 设原子的质量密度为ρ ，将原子看作是球体， 其体积为4 πr ，一摩尔原子占体积为： 其体积为 π 3/3，一摩尔原子占体积为：
4 3 A(g) π r NFra Baidu bibliotek ≡ 3 ρ
原子的半径为
1 3A 3 r= 4πρ N A
rLi=0.16nm； ；
原子的质量和大小
一、原子的质量
一百多种元素的原子，其质量各不相同。 一百多种元素的原子，其质量各不相同。将自然界最丰富 12C的原子质量定为12个单位 记为12u 的原子质量定为12个单位， 12u， 的12C的原子质量定为12个单位，记为12u，u为原子质量 单位。 单位。
12 ( g ) 1 1( g ) u= = = 1.660 × 10 - 27 kg = 931.5MeV/c 2 N 12 N 0 0
例如 Li原子 A=7， ρ =0.7， 原子 ， ，
三、 电子的发现
1897年汤姆逊从如右图放电管中的阴极射线发现了带负电 年汤姆逊从如右图放电管中的阴极射线发现了带负电 的电子，并测得了e/m比。 的电子，并测得了 比 电场力与洛仑兹力平衡时 只有磁场时
evB = eE
_ E B +
v m = evB r
荷质比
2
e E = 2 m B r
1910年密立根用油滴做实验发现了电子的电量值 年密立根用油滴做实验发现了电子的电量值 e =1.602×10－19（c） 从而电子质量是： 从而电子质量是：
me = 9.109 × 10 −31 kg = 0.511MeV / c 2 = 5.487 × 10 − 4 u
分解一摩尔原子的物质所需的电量 N0 = 一个离子所带的电量
nF F = = ne e
e为电子电量，测出e，就可以求出 0。可见，N0将宏观 为电子电量，测出 ，就可以求出N 可见， 为电子电量 世界观量F与微观电量 联系起来了。 与微观电量e联系起来了 世界观量 与微观电量 联系起来了。
二、 原子的大小
在汤姆逊之前，人们对阴极射线研究已经数十年， 在汤姆逊之前，人们对阴极射线研究已经数十年，为什么没有 人发现电子？ 人发现电子？ 其实，关键的问题在于高真空的获得 赫兹（ 其实，关键的问题在于高真空的获得. 赫兹（Hertz)早就作过 早就作过 类似的实验，但并没发现任何偏转，他就错误地认为： 类似的实验，但并没发现任何偏转，他就错误地认为：阴极 射线是不带电的. 射线是不带电的 1890年，休斯脱研究过氢放电管的射线偏转，算出荷质比为 年 休斯脱研究过氢放电管的射线偏转， 氢离子荷质比的千倍以上。但他不敢相信自己的测量结果， 氢离子荷质比的千倍以上。但他不敢相信自己的测量结果， 觉得“阴极射线质量不到氢原子的1/1000”的结论是荒谬的， 的结论是荒谬的， 觉得“阴极射线质量不到氢原子的 的结论是荒谬的 相反，他假设：阴极射线离子的大小与氢原子一样， 相反，他假设：阴极射线离子的大小与氢原子一样，而电荷 却较氢离子大。 却较氢离子大。 1897年，德国考夫曼〔w．Kaufman)做了类似的实验，他测到 年 德国考夫曼〔 ． 做了类似的实验， 做了类似的实验 远比汤姆逊的要精确。 的e/m远比汤姆逊的要精确。他还观察到 远比汤姆逊的要精确 他还观察到e/m值随电子速度的改 值随电子速度的改 变而改变。但是，他当时没有勇气发表这些结果： 变而改变。但是，他当时没有勇气发表这些结果：他不承认明 极射线是粒子的假设。直到190l年，他才把结果公布于世。 极射线是粒子的假设。直到 年 他才把结果公布于世。
元素 X 的原子质量为
A( g ) M (X) = = Au N0
A是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。 是原子量，代表一摩尔原子以克为单位的质量数。
1838年，英国物理学家法拉第（Faraday，1791-1867）在 年 英国物理学家法拉第（ ， ） 总结大量实验结果的基础上，确定了法拉第电解定律： 总结大量实验结果的基础上，确定了法拉第电解定律：任 何一摩尔单价离子，永远带有相同的电量F， 称为法拉第 何一摩尔单价离子，永远带有相同的电量 ，F称为法拉第 常数，经实验测定， 的值为 的值为： 库仑/摩尔 常数，经实验测定，F的值为：F=96486.7库仑 摩尔。 库仑 摩尔。
设原子的质量密度为ρ(g/cm3)，将原子看作是球体， 设原子的质量密度为ρ ，将原子看作是球体， 其体积为4 πr ，一摩尔原子占体积为： 其体积为 π 3/3，一摩尔原子占体积为：
4 3 A(g) π r NFra Baidu bibliotek ≡ 3 ρ
原子的半径为
1 3A 3 r= 4πρ N A
rLi=0.16nm； ；