普通化学/原子结构/原子结构史
科学理解的一个基本点是，科学被理解为一个尝试和改进的过程，代表着当时最好的知识，而不是一个无误的真理预言。原子结构理解中更能体现出一个想法的发展和通过测试的完善过程。
最早提出类似现代原子理论的人是古希腊思想家德谟克利特。他提出了不可分割原子的存在，作为对巴门尼德论点和芝诺悖论的回应。
巴门尼德反对运动、变化和多样性的可能性，前提是事物不能凭空产生。芝诺试图通过一系列基于无限可分性的困难的悖论来证明巴门尼德的观点。
为了回应这些观点，德谟克利特假设存在着不可毁灭的原子，它们存在于虚空中。它们的不可毁灭性对芝诺的论点做出了反驳，而虚空则让他解释了多样性、变化和运动。剩下的问题是如何解释原子的性质，以及它们与我们对世界中物体的经验之间的关系。
德谟克利特认为原子几乎没有实际性质，大小、形状和质量是最重要的。他认为，所有其他性质都可以用这三种主要性质来解释。例如，光滑的物质可能主要由光滑的原子组成，而粗糙的物质则由锋利的原子组成。固体物质可能由具有大量钩子的原子组成，通过这些钩子它们相互连接，而液体物质的原子则具有更少的连接点。
德谟克利特在他的原子理论中提出了 5 个要点。[1] 这些是
- 所有物质都由原子组成，原子是太小而看不见的物质微粒。这些原子不能再被分割成更小的部分。
- 存在一个虚空，它是原子之间的空隙。
- 原子是完全固体的。
- 原子是均匀的，没有内部结构。
- 原子在大小、形状和重量上有所不同。
恩培多克勒认为存在四种元素，即空气、土、水和火，而所有其他物质都是这些元素的混合物。这种信念在中世纪非常流行，并引入了炼金术。炼金术基于这样的信念，即由于所有物质都是由四种元素组成的，因此可以将一种混合物转化为另一种相同类型的混合物。例如，人们认为铅可以转化成金。
炼金术的问题被安托万·拉瓦锡揭露，当他在一个密封的烧瓶中加热金属锡时。在熔化的锡表面出现了一层灰色灰烬，拉瓦锡加热灰烬，直到不再形成灰烬。烧瓶冷却后，他将烧瓶倒置，并在水下打开。他发现水上升到玻璃的五分之一处，这使拉瓦锡得出结论，空气本身就是一种混合物，其中五分之一与锡结合，而其他四分之一没有结合，这表明空气不是一种元素。
拉瓦锡再次重复了实验，用汞代替锡，发现结果相同。然而，在轻轻加热后，他发现灰烬释放了空气，这表明该实验可以逆转。他得出结论，灰烬是金属和氧气的化合物，他通过称量金属和灰烬，并证明它们的总重量大于原始金属的重量来证明这一点。
拉瓦锡接着指出燃烧不是一种元素，而是一种燃料和氧气的化学反应。
现代原子理论诞生于道尔顿在 1803 年发表他的理论时。他的理论包括五个重要要点，这些要点在今天被认为基本上是正确的：(来自维基百科)
- 元素由称为原子的微粒组成。
- 给定元素的所有原子都是相同的。
- 给定元素的原子与任何其他元素的原子不同；不同元素的原子可以通过其各自的相对重量来区分。
- 一种元素的原子可以与另一种元素的原子结合形成化合物；给定的化合物总是具有相同数量的原子类型。
- 在化学过程中，原子不能被创造、分割成更小的粒子或被破坏；化学反应只是改变了原子的组合方式。
我们现在知道元素有不同的同位素，它们的重量略有不同。此外，核反应可以将原子分裂成更小的部分（但核反应并不真正被认为是化学反应）。除此之外，他的理论至今仍然成立。
在19世纪后期，俄罗斯科学家德米特里·门捷列夫因创造了最早的元素周期表之一而受到赞誉。他根据原子量对每种元素进行排序，并编目了当时发现的 56 种元素。除了原子量外，他还根据已知的性质对元素进行了分组。
在撰写一系列教科书时，门捷列夫意识到他用来单独处理每种元素的空间越来越少。他开始定期将元素“换行”到下一行，并创建了现在被称为元素周期表的表格。利用他的表格，他根据之前发现的规律预测了后来发现的元素的存在，例如“类铝”和“类硅”（镓和锗）。他的预测获得了成功，证明了他的表格极其准确。后来的理论，即原子周围的电子理论，解释了为什么同一周期或同一族中的元素具有相似的化学性质。化学家后来根据原子序数而不是原子量对每种元素进行排序，从而产生了现代的元素周期表。
1889 年，英国物理学家 J.J. 汤姆森发现了电子。汤姆森进行了一系列使用阴极射线管的实验。阴极射线管是通过将两个电极密封在一个连接到电压源和真空泵的玻璃管中，并从管中抽走空气来构建的。当电极连接到约 15000 伏的高电压和低压时，会从负电极（阴极）发射出一束辐射，朝正电极（阳极）移动。这些光束被称为阴极射线，呈现绿色。（1）据说射线朝法拉第管（金箔验电器）移动，并通过感应带电，使带正电的金箔验电器偏转。（2）一个自由移动的桨轮被放置在射线路径上，并且它能够推动桨轮，表明它具有动量。（3）射线被置于磁场和电场中，分别朝向北极和正极移动。汤姆森发现阴极射线沿直线传播，除非它们被电场或磁场弯曲。阴极射线偏离带负电的板，汤姆森得出结论，这些射线是由带负电的粒子组成的；我们今天称它们为电子。汤姆森发现，他可以使用各种材料的电极产生阴极射线。然后，他得出结论，电子存在于所有原子中，并且比质子小一千倍。汤姆森使用一个装置来确定电荷与质量比 (e/m)，在射线射出后，他放置了一个已知磁场影响的磁场，射线朝向北极弯曲到特定位置，然后他添加了一个电场使射线返回到它最初的位置，并记录了电场使用的电荷，因此他将它们除以得到约 -1.7*10^8kg 的比率。
在发现电子后不久，汤姆森就开始推测原子的性质。他提出了“葡萄干布丁”模型。在这个模型中，“葡萄干”代表电子，它们漂浮在“布丁”中，即带正电的物质，与电子的电荷相匹配，构成一个电中性的原子。这种想法的现代插图可以用巧克力曲奇饼来表示，其中巧克力豆代表带负电的电子，面团代表带正电的物质。
欧内斯特·卢瑟福以他著名的金箔实验（1911 年）而闻名。α粒子，它们又重又带正电（实际上是氦核，但这无关紧要），被射向一层非常薄的金箔。正如预期的那样，大多数α粒子直接穿透。根据葡萄干布丁模型，所有粒子都应该在穿过“布丁”时减速，但它们不应该被偏转。令人惊讶的是，一些α粒子被偏转回来，回到了它们来的方向。他说，这“就像你用一颗 15 英寸的炮弹射向一张纸，结果它反弹回来，击中了你”。
实验的结果让卢瑟福得出结论，葡萄干布丁模型是错误的。
- 原子具有一个原子核，它非常小而致密，包含正电荷和原子的大部分质量。
- 原子主要由空的空间组成。
- 电子被吸引到原子核，但它们仍然远在原子核之外。
玻尔创建了自己的原子模型，改进了卢瑟福的模型。玻尔使用由里德伯格提出的一个方程，该方程提供了氢原子可见光谱线之间的数学关系。该方程要求从氢原子发射的光波长与两个整数的差值相关。玻尔推测，这些整数代表电子围绕原子核运动的“壳层”或“轨道”，每个轨道具有特定的能级。轨道的能量与其到原子核的距离成正比。原子将吸收和释放具有特定能量的光子。能量是电子跃迁到不同壳层的结果。从里德伯格方程开始，再加上普朗克和爱因斯坦关于光和能量关系的研究成果，玻尔能够推导出一个方程来计算氢原子中每个轨道的能量。玻尔模型将原子描述为一个原子核，电子围绕它以特定的距离运动。这种模型也被称为行星模型。
罗伯特·密立根因“油滴实验”而闻名，在这个实验中，电子电荷的值被确定。他创造了一种机制，可以喷射油滴，这些油滴会沉降到一束 X 射线中。X 射线束使油滴带上了电子。油滴位于带正电的板和带负电的板之间，当施加适当的电压时，油滴会保持静止。罗伯特·密立根使用显微镜测量了每个油滴的直径。
米立根能够计算出每个油滴的质量，因为他知道油的密度()。 利用每个油滴的质量和万有引力定律（他从 重排为 ，其中 是每个油滴的质量， 是重力加速度，而 是电场力，它等于第一个方程中的力)，米立根能够找到电子电荷的值，。
然而，X射线并不总是产生只有一个负电荷的油滴。 因此，米立根获得的值可能看起来像这样
- 库仑
- 库仑
- 库仑
- 库仑
米立根发现这些值都具有一个公因子： 库仑。 他得出结论，不同的值出现是因为油滴获得了 -5、-4、-3 和 -2 的电荷，如本例所示。 因此，他指出公因子， 库仑，是电子的电荷。
