原子与原子论

原子理论起源于古印度和希腊，是一个哲学概念。“原子”一词来自古希腊单词atomos，意思是不可分割的。根据原子论，物质由离散的粒子组成。然而，这一理论是对这一问题的众多解释之一，并不是基于经验数据。在公元前五世纪，德谟克利特提出物质由称为原子的不可摧毁、不可分割的单位组成。罗马诗人卢克雷修斯（Lucretius）记录了这一想法，因此它在黑暗时代得以保存，供以后考虑。

道尔顿原子理论

直到18世纪末，科学才提供原子存在的具体证据。1789年，安托万·拉瓦锡（Antoine Lavoisier）提出了质量守恒定律，即反应产物的质量与反应物的质量相同。十年后，约瑟夫·路易斯·普鲁斯特（Joseph Louis Proust）提出了确定比例定律，指出化合物中元素的质量总是以相同的比例出现。

这些理论没有提到原子，但约翰·道尔顿在原子的基础上发展了多重比例定律，即化合物中元素的质量比是小整数。道尔顿多重比例定律来自实验数据。他提出，每一种化学元素都由一种原子组成，这种原子不能被任何化学手段破坏。他的口头陈述（1803年）和发表（1805年）标志着科学原子理论的开始。

1811年，阿梅迪奥·阿伏加德罗修正了道尔顿理论的一个问题，他提出在相同温度和压力下，相同体积的气体含有相同数量的粒子。阿伏伽德罗定律使准确估计元素的原子质量成为可能，并明确区分了原子和分子。

1827年，植物学家罗伯特·布朗对原子理论做出了另一项重大贡献，他注意到漂浮在水中的尘埃粒子似乎在不知为何的情况下随机移动。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦假设布朗运动是由水分子的运动引起的。该模型及其1908年Jean Perrin的验证支持原子理论和粒子理论。

李子布丁模型和卢瑟福模型

到目前为止，原子被认为是物质的最小单位。1897年，J.J.汤姆森发现了电子。他相信原子可以分裂。因为电子带负电荷，他提出了一个原子的梅花布丁模型，其中电子嵌入一团正电荷中，从而产生一个电中性原子。

汤姆森的学生欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）在1909年驳斥了李子布丁模型。卢瑟福发现原子的正电荷及其大部分质量都位于原子的中心或原子核。他描述了一个行星模型，其中电子围绕一个带正电的小原子核运行。

波尔原子模型

卢瑟福的思路是正确的，但他的模型无法解释原子的发射光谱和吸收光谱，也无法解释电子为何没有撞向原子核。1913年，尼尔斯·波尔提出了波尔模型，该模型指出电子只在离原子核特定距离处绕原子核运行。根据他的模型，电子不能螺旋进入原子核，但可以在能级之间进行量子跃迁。

量子原子理论

波尔的模型解释了氢的光谱线，但没有扩展到多电子原子的行为。几项发现扩大了对原子的理解。1913年，弗雷德里克·索迪（Frederick Soddy）描述了同位素，同位素是一种元素的原子形式，含有不同数量的中子。中子是1932年发现的。

Louis de Broglie提出了运动粒子的波动行为，Erwin Schrödinger用薛定谔方程（1926）描述了这一行为。这反过来又导致了沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）的测不准原理（1927年），即不可能同时知道电子的位置和动量。

量子力学导致了原子理论，其中原子由更小的粒子组成。电子有可能在原子中的任何地方被发现，但在原子轨道或能级中被发现的可能性最大。与卢瑟福模型中的圆形轨道不同，现代原子理论描述的轨道可能是球形、哑铃形等。对于具有大量电子的原子，相对论效应发挥作用，因为粒子以光速的一小部分移动。

现代科学家已经发现了组成质子、中子和电子的更小的粒子，尽管原子仍然是最小的物质单位，不能用化学方法进行划分。