原子有多小?难以想象,不可置信

原子真的是小的荒谬又难以置信!一个人的头发大约是50万个碳原子迭起来那么厚,看看你的拳头,它包含着好几兆个原子,如果一个原子的大小跟一颗弹珠一样,那你的拳头将会有多大呢?呃......相当于地球的大小。嗯......还是很难想象吗?

原子有多小?难以想象,不可置信

图解: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

让我们尝试一些不同的东西,看着你的小拇指想象一下:它就跟你正坐在里面的那个房间一样大,而房间里充满着米粒,其中一粒米代表你小拇指的一个细胞,现在让我们放大那粒米,一个细胞就跟你正坐在里面的那个房间一样大,我们再次的填满饭粒,这次差不多是一个蛋白质的大小,让我们以沙子塞满米粒之间的空隙,原子大概就是这么渺小。

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图解: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。

原子是由什么构成的?

让我们假装一分钟的时间原子看起来像这样,以便更容易理解,原子包括三种基本粒子:中子,质子和电子。质子和中子结合在一起,构成原子的核心,受到强烈的相互作用(在宇宙里四种基本力的其中一种)而在一起,它们是由夸克构成并由胶子结合在一起。

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没有人确切的知道夸克有多小,就像几何试着把他们当作是零维,我们猜想,夸克和电子是物质在宇宙中最根本的构件,电子围绕着原子核转。他们在里面行径的速度约每秒2200公里,速度快到可以18秒绕完地球一圈。就像夸克,我们认为电子是一种基本粒子。

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99.999999999999%的原子体积是空的...其余的都不是原子,我们觉得空虚,那其实是用来填充量子波动的空间潜在能量的领域、建造和自然的瓦解这些波动的根本,对带电粒子如何相互作用有所影响。但是,这是其他文章的话题。

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有多少空间是原子核和电子真正占去的?如果你去除所有原子核之间的空隙,帝国大厦会变成米粒般的大小,人体所有的原子大约是一茶匙,在某些极端物体中,这种状态实际上是存在的。在一颗中子星中,原子核被压得很紧以至于很密集,照这样子的话,三个太阳连起来的长度只有几公里。

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对了,原子长什么样子?好吧,有点像这样,电子就像一个波函数还有一个粒子同时存在,我们可以计算出在任何时间内电子可能出现的地方。这些概率云,被称为轨道,有大约95%的确定性为电子的着落处。

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图解:一个质谱仪的简易原理图

找到一个电子的概率接近0要进一步我们必须摆脱原子核,但它实际上不会永远是0,这意味着,从理论上讲,原子中的电子可能在宇宙的另一边。好吧,等一下!这些奇怪的东西组成所有在宇宙中的物质。对于几十种已知的元素,你并不需要用几十种粒子来表示,只需要三个:拿一个质子和一个电子,你得到了氢,添加一个质子和一个中子,你得到了氦气,再加一点,你得到碳,再多一些,就是氟,加更多——金,以此类推……

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每一个元素的原子是相同的,例如:所有的氢原子在宇宙中是相同的;在你身体里的氢同样也是在太阳的氢你现在会觉得困惑吗?我们肯定是的!在我们的世界上,宇宙的这个尺度上没有什么意义,而我们甚至还没有开始谈量子力学和粒子动物园,这更加奇怪!从我们最初的设想到现在,原子模型已经改变了许多次,而现在的模型肯定不会是最后一个。因此,让我们支持的科学家和研究,并等待下一波关于我们这个陌生的世界的新的信息。

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相关知识

原子是元素能保持其化学性质的最小单位。一个正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。而负原子的原子核带负电,周围的负电子带“正电”。正原子的原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。

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图解:氦原子基态

负原子原子核中的反质子带负电,从而使负原子的原子核带负电。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。

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Amara- Kurzgesagt – In a Nutshell

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