普通化学/描述原子的数字

数字

如果红色部分是质子，绿色部分是中子，那么这个原子的原子序数、中子数和质量数是多少？（锂）

原子序数是原子核中质子的数量。这个数字决定了原子的元素类型。例如，所有氖原子都恰好有十个质子。如果一个原子有十个质子，那么它一定是氖。如果一个原子是氖，那么它一定有十个质子。

原子序数有时用Z表示。继续以氖为例，$Z=10$.

中子数是原子核中中子的数量。请记住，中子没有电荷，因此它们不会影响元素的化学性质。但是，它们会影响元素的核性质。例如，碳-12 有六个中子，它是稳定的。碳-14 有八个中子，它恰好是放射性的。尽管存在这些差异，但两种形式的碳在形成化合物时的行为方式相同。

中子数有时用N表示。

质量数是原子中质子和中子的总和。它用A表示。要找到原子的质量数，请记住A = Z + N。原子的质量数始终是整数。由于相同元素的不同原子中中子的数量可能不同，因此给定元素的质量数可能不同。请回到碳的例子。碳-14 的质量数为 14，而碳-12 的质量数为 12。每个碳原子必须有六个质子，因此碳-14 有八个中子，而碳-12 有六个中子。

相同元素的同位素具有几乎相同的化学性质（因为它们具有相同数量的质子和电子）。它们唯一的区别是中子的数量，这会改变它们的核性质，如放射性。

符号

有一种方便的方法可以写出描述原子的数字。通过例子学习最容易。

有用的提示！
请记住，围绕元素符号写入的三个数字中的任何一个都是可选的，但如果对于给定情况很重要，则应将其写入。如果原子具有零电荷（质子和电子的数量相等），则电荷数将被省略。质量数和原子序数通常被省略。

$_{\,\,9}^{19}{\text{F}}$	这就是我们写氟-19 的方式。原子序数在下方，质量数在上方，后面是其在元素周期表上的符号。
$^{12}{\text{C}}$	此示例显示碳-12。注意原子序数是如何缺失的。您知道它是哪种元素是因为 C，因此不需要写质子的数量。原子序数很少被写入，因为元素符号意味着质子的数量。
$_{12}^{25}{\text{Mg}}^{+2}$	最后一个例子显示了原子序数和质量数，以及电荷。电荷是质子数量与电子数量之间的差异。您可以稍后了解更多有关电荷、质子和电子的信息。从这个例子中，您可以看到，这个镁原子将有 12 个质子、13 个中子和 10 个电子。它的质量为 25 (12 p + 13 n)，其电荷为 +2 (12 p - 10 e)。

读者的练习！

尝试写出具有七个质子、七个中子和八个电子的原子的符号。您需要在元素周期表上查找其符号。

原子量

原子的质量以原子质量单位 (amu) 衡量。原子的质量可以通过将质子和中子的数量相加来求得。根据定义，12 amu 等于碳-12 的原子量。质子和中子的质量约为 1 amu，而电子的质量可以忽略不计。

通常，一种纯元素是由多种同位素以特定比例组成的。因此，测得的碳原子质量并不完全是 12。它是所有同位素质量的平均值，其中较常见的同位素对测得的原子质量贡献更大。按照惯例，原子质量不带单位。

示例

假设元素 Wikibookium 具有两种同位素。第一种的质量数为 104，第二种的质量数为 107。考虑到自然界中 75% 的原子是第一种同位素，其余的是第二种。平均原子质量计算如下：

0.75 × 104 + 0.25 × 107 = 104.75

在这种情况下，一堆 Wikibookium 原子的平均质量为 104.75 amu，但每个单独的原子可能具有 104 或 107 的质量数。请记住，所有原子都具有相同的质子数。它们的质量不同是因为中子数不同。

摩尔

摩尔定义为一种元素的物质的量，其粒子数等于 12g C-12 碳中的粒子数，也称为阿伏伽德罗常数。阿伏伽德罗常数等于 6.022 × 10²³。摩尔并不复杂：如果你有一打原子，你就有 12 个。如果你有一摩尔的原子，你就有 6.022 × 10²³ 个。为什么这个极大的数字很重要？它可以用来在原子质量单位和克之间进行转换。根据定义，一摩尔碳-12 恰好是 12 克。类似地，一摩尔任何元素的质量就是该元素的原子质量以克为单位表示的重量。原子质量等于该元素每摩尔的克数。

示例

有 128.2 克铷 (原子质量 = 85.47 amu)。有多少个原子？

(128.2 g) / (85.47 g/mol) = 1.5 mol
(1.5 mol) × (6.022 × 10²³) = 9.03 × 10²³ 个铷原子

这些 1 升的容器每个都容纳 0.045 摩尔的氮基气体。(1 L) / (22.4 L/mol) = 0.045 mol

摩尔也很重要，因为在标准温度和压力 (STP，0 °C 和 1 个大气压) 下，每 22.4 升气体包含 1 摩尔的气体分子。阿伏伽德罗发现了这一点。(这就是为什么它是他的数字。) 一个装满氟气的容器必须有 22.4 升才能容纳一摩尔的 F₂ 分子。知道这个事实，如果你知道容器的体积，就可以确定气体分子的质量。这对每一种气体都适用。

为什么每一种气体都这样？原子和分子都非常小。气体的体积大部分是空的，所以分子的体积微不足道。正如你将最终了解的那样，这确保了在 STP 下，每 22.4 升气体原子始终有一摩尔。