原子為什么看到它這么困難

時(shí)間：2024-08-25 22:24:55 少兒百科

原子為什么看到它這么困難

原子的質(zhì)量非常的小，是在化學(xué)反應(yīng)下不可再分的基本微粒。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)原子的認(rèn)識(shí)逐漸清晰起來(lái)，它的概念也被廣泛的接受了解，可是你們看到過(guò)原子嗎?為什么看到原子這么困難，相信許多朋友們都不太了解，下面就由小編來(lái)給大家解答一下疑惑吧。

從公元前約450年古希臘哲學(xué)家德謨克利特提出原子的設(shè)想，到近代化學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)原子的認(rèn)識(shí)逐漸清晰起來(lái)，原子的概念也被廣泛接受，并成為近代化學(xué)的基石之一。然而，到了19世紀(jì)人們還沒(méi)有真實(shí)地“看”到原子，甚至原子是否真的存在還一度被人質(zhì)疑。1827年，蘇格蘭植物學(xué)家布朗發(fā)現(xiàn)水中的花粉在作不規(guī)則的抖動(dòng)，這被稱為“布朗運(yùn)動(dòng)”。愛(ài)因斯坦對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)做出了解釋，認(rèn)為是液體分子的不均勻碰撞引起的，這就成為了分子、原子存在的證據(jù)。到了20世紀(jì)初，隨著電子、質(zhì)子和中子的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)原子的認(rèn)識(shí)終于有了一個(gè)較完整的圖像。但是，原子仍然沒(méi)有被直接“看”到。

為什么看到原子這么困難呢?我們先了解一下“看”的過(guò)程，確切地講，是采用光學(xué)手段觀察的過(guò)程。我們看到一個(gè)物體是由于光在物體的表面發(fā)生反射后進(jìn)入肉眼或是觀測(cè)儀器。原子大約只有頭發(fā)絲粗細(xì)的100萬(wàn)分之一那么大，比如氫原子的直徑大約是5納米。我們知道，光也是一種電磁波。可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍大約為400～700納米，這要比原子大得多了。對(duì)于波來(lái)說(shuō)，如果遇到比它的波長(zhǎng)還小的障礙物，就不會(huì)被反射，而是繞過(guò)障礙物繼續(xù)前進(jìn)，這種現(xiàn)象就是波的衍射。現(xiàn)在很明顯了，光不能被一個(gè)原子反射，那么即使用倍數(shù)再高的顯微鏡，也無(wú)法看到!那么，原子真的就看不到了嗎?

一個(gè)直接的想法是，既然可見(jiàn)光的波長(zhǎng)對(duì)于原子來(lái)說(shuō)太大了，那么可以用更短的波長(zhǎng)。量子力學(xué)告訴我們，一切粒子都可以有波動(dòng)性質(zhì)，這被稱為物質(zhì)波，只不過(guò)物質(zhì)波的波長(zhǎng)非常非常短。比如電子，它的物質(zhì)波波長(zhǎng)只有原子大小的1/1000左右，一束電子打在原子上就像一束光照在我們?nèi)粘Ｉ钪衅胀ǖ奈矬w上一樣，可以從不同的角度被反射。這正是電子顯微鏡的原理。1931年，德國(guó)物理學(xué)家恩斯特·魯斯卡發(fā)明了第一臺(tái)透射電子顯微鏡。到目前，透射電子顯微鏡的分辨率已經(jīng)可以小于0.2納米。由于透射電子顯微鏡需要產(chǎn)生高速電子流，要求高電壓以及真空環(huán)境，并且需要電子穿透樣品，所以樣品還需要預(yù)先被切割成極薄的切片(約50納米)。

1981年，在IBM公司的蘇黎世實(shí)驗(yàn)室里，瑞士物理學(xué)家海因里希·羅雷爾和德國(guó)物理學(xué)家格爾德·賓寧發(fā)明了利用電子隧道效應(yīng)的掃描隧道顯微鏡。現(xiàn)在的掃描隧道顯微鏡已經(jīng)可以達(dá)到0.1納米的分辨率。同時(shí)，掃描隧道顯微鏡并不需要很高的電壓，也不用工作在高真空環(huán)境中。

透射電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡的發(fā)明，使得人類第一次可以直接觀察到原子，成為物理、化學(xué)、生物、材料科學(xué)研究的有力工具。

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