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原子由原子核及其周围环绕的电子构成。原子核内聚集着带正(+)电荷的质子和不带电荷的中子,原子核外则有带负(-)电荷的电子高速运动包围其周围。原子核仅占原子整体体积的极小部分,却占据了原子质量的绝大部分。
原子序数表示原子核内质子的数量,是决定该元素身份的固有数值。质量数则是质子数与中子数之和,大致代表原子核的质量。例如碳的原子序数为6,拥有6个质子,其最常见的同位素碳-12质量数为12(6个质子+6个中子)。
电子并非在原子核周围随意运动,而是按照固定的数量分布在K、L、M、N等能级轨道(电子层)上。每个电子层能容纳的最大电子数遵循2n²(n为电子层序号)的公式,而最外层的最外层电子则决定了化学键合与反应活性。
同位素指质子数(原子序数)相同、但中子数不同、因而质量数不同的原子。它们的化学性质几乎相同,但质量和稳定性可能有所不同,部分同位素不稳定,会释放放射线而衰变,成为放射性同位素。以碳-12和碳-14为例,二者同属碳元素,但中子数不同,互为同位素。
原子是构成物质的最小基本单位,而分子则是由两个以上原子通过化学键结合、具有独立性质的粒子。例如,一个氧原子(O)非常不稳定,但两个氧原子结合而成的氧分子(O₂)则以我们呼吸的稳定气体形式存在。当不同元素的原子结合时,如水分子(H₂O),便形成化合物。
1911年,卢瑟福通过向薄金箔发射α粒子的实验,揭示了原子中心存在一个微小而致密的原子核。此后,1913年玻尔提出了电子只存在于特定轨道(能级)上的模型;在现代量子力学中,则采用电子云(轨道)模型,表示的不是电子的确切位置,而是发现电子的概率分布。
当原子失去或获得电子时,质子数与电子数不再相等,便形成带电的离子。失去电子会形成带正(+)电荷的阳离子,获得电子则会形成带负(-)电荷的阴离子。当钠原子失去1个电子变为Na⁺、氯原子获得1个电子变为Cl⁻,两者结合便形成了氯化钠(食盐)。
我们周围的一切物质,都是由肉眼看不见的极其微小的原子构成的。理解原子的内部结构与性质,便能从逻辑上解释物质是如何结合形成分子的,以及不同元素为何具有不同的化学性质。
如果您已经掌握了原子序数和最外层电子的概念,不妨一并查看周期表的读法。原子结构的知识,将直接延伸到理解周期表排布原理的过程之中。
原子核的直径约为整个原子直径的万分之一,非常微小,但却占据了原子质量的绝大部分(99.9%以上)。原子中的大部分空间,实际上近乎是电子活动所占据的近似真空区域。
有的,最常见的氢原子(氢-1)只有1个质子和1个电子,不含中子。氢的同位素氘含有1个中子,氚则含有2个中子。