原子核的密度很大吗?原子核数密度

01

世界是由原子构成的

如果有一天,因为某种特别的原因,人类所有的科学知识都丢失了,只有一句话可以传递给后代,那么如何才能用最少的语言来传递最多的信息呢?那么这句话一定是原子的假设(或者说原子的事实):

所有的物体都是有原子构成的,这些原子是一些小小的粒子,它们不停的运动着,当彼此略微离开时相互吸引,当彼此过于拥挤时相互排斥。

这就是我们物理学中的“分子动理论”

原子核的密度很大吗?原子核数密度-1

 

02

原子的大小

原子的大小有多大呢?

我们看一滴水,表面是非常光滑的。

当我们把水滴放到最好的光学显微镜下去观察,大概可以放大2000倍左右,这时我们依旧只能看到光滑的表面——这说明,我们远远没有达到水分子的线度。

再让我们继续放大,依然是2000倍,这时的水滴已经向一座大楼那么大了,此时我们会发现水滴的表面已经不再光滑了,而是像人头攒动的火车站或者演唱会现场。

原子核的密度很大吗?原子核数密度-1

 

为了看清楚,我们继续放大250倍——这样,我们就一共放大了10亿倍。

此时,我们已经可以看到明显的小球了:有两种类型的小球,一种小一点,一种大一点;大一点的小球的两侧各连接着一个小一点的小球。这种一大两小的组合我们称为水分子。大的小球是氧原子,小的小球是氢原子。

原子核的密度很大吗?原子核数密度-1

 

一个原子有多大呢?

原子的半径一般为1×10^-10m~2×10^-10m,1×10^-10m我们称为1埃,所以一个原子的大小约为1埃到2埃。

有一个简单的方法,可以记住原子的大小。苹果和原子的比例,就像地球和苹果的比例一样。

原子核的密度很大吗?原子核数密度-1

 

03

原子内部的结构

原子并不是最小的物质粒子,它也是由结构的。

电子的发现

组成原子的一种重要粒子是电子,1897年由英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生在研究阴极射线时发现。

电子的发现让人类认识到原子是可分的,至于原子的结构是什么,还有待研究。

最初汤姆孙提出葡萄干布丁模型,认为原子中大部分是带正电的物质,就像一个布丁,电子就是布丁上点缀的葡萄干。这个模型最终被德国科学家卢瑟福推翻了。

核式结构

卢瑟福提出了原子的核式结构,被我们沿用至今。

原子的大部分质量是集中在原子中心位置的一个很小的区域内的,这个区域被称为原子核。电子就是在绕着原子转动的。

原子核的密度很大吗?原子核数密度-1

 

04

原子核有多大呢?

原子的大小是1埃,原子核又有多大呢?

原子核极小,直径在10^-15m~10^-14m之间,体积只占原子体积的几千亿分之一,在这极小的原子核里却集中了99.96%以上原子的质量。

原子核的密度极大,核密度约为10^17kg/m3,即1立方米的体积如装满原子核,其质量将达到10^14t,即1百万亿吨!

如果原子有房间那么大,原子核只有一粒灰尘那么大!

所以,完全可以这么说——原子内部是空空荡荡的!

原子内部只有0.0000000001%(一千亿分之一)是实的,而剩余99.999999999%是空的!

其实由于原子核也是由质子和中子组成的,而质子和中子之间也有距离,所以,上面的0和9的个数其实应该更大!

05

为什么我们可以看到物体?

首先要知道,人眼能够看到物体,是由于物体发出的或者反射的光进入了眼睛。

那么,原子内部是空空荡荡的,如果单独拿出一个原子来,是很难“看到”的。因为光线照到原子的几率就很小,即使反射,方向也不一定是你的眼睛。

同理,单独一层的原子,几乎是透明的。

抛开光与原子的作用,抛开光的衍射效应,我们拿最简单的数据也可以证明我们能够看到物体的原因。

——我们看到的,都是一大堆原子,也就是重重叠叠在一起的很多个原子。

原子核的密度很大吗?原子核数密度-1

 

由于原子很小,那么随便一个物体包含的原子个数都是非常大的,比如1杯水的质量是200g,包含的原子个数有多少呢?

200g水分子的个数=200/18×Na=6.6×10^24个,也就是6.6亿亿亿个!非常的多!

我们假设水杯的直径是8cm,那么任意直径上的分子个数大约就有8亿个!

原子核的密度很大吗?原子核数密度-1

 

所以,从每个角度来看,这杯水都是密不透风的!

因此一束光无论从那个角度照射,都会被水分子干扰;反射后进入我们的眼睛,也就被我们发现了。这种重叠效应,是我们看到物体的重要原因!

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