高中化学/原子术语

道尔顿的原子理论解释了许多关于物质、化学物质和化学反应的问题。然而，它并不完全准确，因为与道尔顿的看法相反，原子实际上可以被分解成更小的亚单位或亚原子粒子。在原子中发现的一种亚原子粒子是带负电的电子。但是，由于原子是中性的，因此它们也必须包含正电物质。起初，科学家并不确定这种正电物质到底是什么，或者它如何在原子中存在。汤姆逊认为它像李子布丁中的面糊一样分布在整个原子中。然而，卢瑟福证明情况并非如此。在他的金箔实验中，卢瑟福证明了原子中的正电物质集中在原子中心的某个小区域，使原子的大部分其余部分成为空旷的空间（可能有一些电子，或“电子云”）。

汤姆逊的实验和卢瑟福的实验都回答了许多问题，但它们也引发了许多问题，科学家们想知道更多。电子是如何与原子的其余部分连接的？原子中心的正电物质是什么样的？它是一个巨大的正电荷团块，还是也可以分成更小的部分？在本课中，我们将更仔细地观察原子。

电子、质子和中子

原子由三种不同的亚原子粒子组成。首先是电子，我们已经讨论过，并且是 J. J. 汤姆逊发现的。电子带负电。因此，它们会被正电物体吸引，并被负电物体排斥，这意味着它们实际上会相互排斥（图 4.9）。

尽管如此，大多数原子都包含不止一个电子。这是因为原子足够大，可以容纳许多电子，而这些电子永远不会相互碰撞。正如您可能预料的那样，原子越大，它所包含的电子就越多。

质子是另一种在原子中发现的亚原子粒子。质子带正电。因此，它们会被负电物体吸引，并会被正电物体排斥。同样，这意味着质子会相互排斥（图 4.10）。然而，与电子不同的是，电子设法占据了一个“领地”并“防御”其他电子，质子则通过所谓的强核力结合在一起。因此，即使它们相互排斥，质子也被迫聚集在一起形成一个大团块。这团质子有助于形成原子的原子核。请记住，原子核是原子中心带正电的质量。

电子是最早被发现的亚原子粒子，质子是第二种。不过，还有一种亚原子粒子，称为中子，直到很久以后才被发现。正如您可能从它的名称中猜到的那样，中子是中性的。换句话说，它根本不带电荷，因此既不会被其他物体吸引也不会被排斥。这就是中子直到人们了解电子和质子很久以后才被发现的部分原因——因为它不带电荷，所以很难检测到。每个原子（除一个例外）都含有中子，它们与其他中子和质子结合在原子核中。同样，有助于将中子固定在原子核中的结合力被称为强核力。

在继续之前，我们必须讨论不同类型的亚原子粒子如何相互作用。当涉及到中子时，答案很明显。由于中子既不会被物体吸引也不会被排斥，因此它们不会与质子或电子真正相互作用（除了与质子结合在原子核中之外）。然而，质子和电子确实会相互作用。根据您对质子和电子的了解，您认为当电子靠近质子时会发生什么——这两个亚原子粒子会相互吸引还是相互排斥？这是一个提示：“异性相吸，同性相斥”。电子和质子具有相反的电荷（一个负电荷，另一个正电荷），因此您会期望它们相互吸引，事实也正是如此（图 4.11）。

观看者踏上旅程，深入原子内部，欣赏其建筑之美，并了解原子结构如何决定化学行为。视频点播 – 化学世界 – 原子。

相对质量和电荷

尽管电子、质子和中子都是亚原子粒子，但它们的大小并不相同。当您比较电子、质子和中子的质量时，您会发现与质子或中子相比，电子的质量极小。另一方面，质子和中子的质量非常相似，尽管从技术上讲，中子的质量略大于质子的质量。因为质子和中子比电子重得多，所以任何原子中的几乎所有原子质量都来自原子核，原子核包含所有中子和质子。

表 4.1 给出了电子、质子和中子的质量。第二列显示了这三种亚原子粒子以克为单位的质量（请记住 SI 单位千克为 1 kg = 1000 g）。但是，第三列显示了这三种亚原子粒子以“原子质量单位”为单位的质量。原子质量单位 (amu) 很有用，因为正如您所看到的，在此单位系统中，质子的质量和中子的质量几乎正好为 1.0。我们将在后面的章节中讨论原子质量单位。

表 4.1：不同亚原子粒子的质量
	以克 (g) 为单位的质量	以原子质量单位 (amu) 为单位的质量
电子	9.109383×10⁻²⁸	5.485799095×10⁻⁴
质子	1.6726217×10⁻²⁴	1.0072764669
中子	1.6749273×10⁻²⁴	1.0086649156

不幸的是，表 4.1 中的数字可能无法让您很好地了解质子和中子与电子相比到底有多大，因此这里有一个可能会有所帮助的比较。如果一个电子的重量与一枚硬币相同，那么一个质子（或一个中子）的重量将为 4½ 公斤，就像一个大保龄球一样（图 4.12）。

除了质量之外，亚原子粒子的另一个重要属性是它们的电荷。您已经知道中子是中性的，这意味着它们根本不带电荷。因此，我们说中子的电荷为零。电子和质子呢？您知道电子带负电，质子带正电，但有趣的是，质子上的正电荷在大小上（大小表示“绝对值”或“忽略正负号时的尺寸”）与电子上的负电荷完全相等。

表 4.2 给出了电子、质子和中子的电荷。第二列以库仑 (C) 为 SI 单位显示了这三种亚原子粒子的电荷（库仑是我们用来测量电荷的 SI 单位，就像千克是我们用来测量质量的单位，米是我们用来测量距离的单位一样）。但是，第三列使用“基本电荷单位”* 或“基本电荷”显示了这三种亚原子粒子的电荷。基本电荷单位 (e) 很吸引人，因为在此单位系统中，质子的电荷和电子的电荷正好为 1.0。

表 4.2：不同亚原子粒子的电荷
	以库仑 (C) 为单位的电荷	以基本电荷 (e) 为单位的电荷
电子	−1.6021765×10⁻¹⁹	−1
质子	1.6021765×10⁻¹⁹	1
中子	0	0

请注意，无论您使用库仑还是基本电荷单位，当您忽略正负号时，质子的电荷和电子的电荷都具有相同的大小。

之前，您了解到大小相等的负电荷和正电荷会相互抵消。这意味着电子的负电荷完美地平衡了质子的正电荷。换句话说，一个中性原子必须每个质子都有一个电子。如果一个中性原子有 1 个质子，它必须有 1 个电子。如果一个中性原子有 2 个质子，它必须有 2 个电子。如果一个中性原子有 10 个质子，它必须有 10 个电子。您明白了。为了保持中性，原子必须具有相同数量的电子和质子，但我们谈论的是什么类型的数字？这正是我们将在下一节中要探讨的内容。

*基本电荷并不总是被严格视为一个单位（除了在原子单位中）。然而，如果您像对待任何其他非 SI 单位一样对待它，例如磅 (lb) 或英尺 (ft)，那么电荷就更容易理解了。

原子序数 (Z) 识别元素

您如何区分自行车和汽车？自行车和独轮车之间的区别又如何呢？请查看图 4.13。



图 4.13：一辆独轮车，两辆汽车和两辆自行车的示例。你能想到一些规则，可以让你区分所有独轮车、汽车和自行车吗？

如果你需要制定一个规则来区分独轮车、自行车和汽车，你会怎么做？你不能用颜色来区分，因为不同的汽车可以有不同的颜色，更糟糕的是，一辆汽车的颜色可能与自行车或独轮车相同。重量也是如此。虽然大多数汽车的重量都比大多数自行车重，而大多数自行车的重量又比大多数独轮车重，但这并不总是正确的。事实上，图 4.13 中那辆红色的“Smart Car”可能比一辆大型摩托车的重量还要轻。

真正需要区分汽车、自行车和独轮车的是一个在每个类别内都相同，但在类别之间不同的属性。一个好的选择是轮子的数量。所有独轮车都有一个轮子，所有自行车都有两个轮子，所有汽车都有四个轮子。如果你数轮子，你很可能永远不会把独轮车与自行车混淆，或者把自行车与汽车混淆（即使是摩托车与 Smart Car！）。换句话说，如果你知道轮子的数量，你就知道你在处理哪种类型的车辆。

就像我们可以通过数轮子的数量来区分汽车、自行车和独轮车一样，科学家可以通过数质子的数量来区分不同的元素（记住，元素是一种特定的原子类型）。如果一辆车只有一个轮子，我们就知道它是一辆独轮车。如果一个原子只有一个质子，我们就知道它是一个氢原子，或者换句话说，它是氢元素的一个原子。类似地，一辆有两个轮子的车总是自行车，就像一个有两个质子的原子总是氦原子，或者氦元素的一个原子。当我们在车辆上数到四个轮子时，我们知道它是一辆汽车，而当科学家在一个原子中数到四个质子时，他们就知道它是一个铍原子，或者铍元素的一个原子。这个列表还在继续：一个有三个质子的原子是锂原子，一个有五个质子的原子是硼原子，一个有六个质子的原子是碳原子……事实上，我们为包含从 1 个质子到 118 个质子的原子都起了名字。到目前为止，科学家能够塞进一个原子中的最大质子数是 118，因此已知有 118 种元素。（在地球上，只有最多包含 92 个质子的原子是自然存在的）。

由于一个元素的原子可以通过其原子核中质子的数量来区分，因此科学家们总是对这个数字感兴趣，以及这个数字在不同元素之间是如何不同的（图 4.14）。因此，科学家们给这个数字一个特殊的名称和一个特殊的符号。元素的原子序数（Z）等于其任何原子的原子核中质子的数量。氢的原子序数为Z = 1，因为每个氢原子都有 1 个质子。氦的原子序数为Z = 2，因为每个氦原子都有 2 个质子。碳的原子序数是多少？

图 4.14：你不能真正根据颜色来区分硫和金，因为它们都是黄色的。你可以说金是有光泽的，但你如何区分金和硅呢？然而，每种元素都具有独特的质子数。硫有 16 个质子，硅有 14 个质子，金有 79 个质子。

质量数 (A) 是质子和中子之和

在上一节中，我们了解到每种类型的原子或元素都有特定的质子数。这个特定的数字被称为元素的原子序数。当然，由于中性原子必须对每个质子都有一个电子，因此元素的原子序数也告诉你该元素的中性原子中有多少电子。例如，氢的原子序数为Z = 1。这意味着一个氢原子有一个质子，如果它是中性的，也只有一个电子。另一方面，金的原子序数为Z = 79，这意味着一个金原子如果有 79 个质子，那么它就是中性的，并且有 79 个电子。所以我们知道质子的数量，我们也知道电子的数量，但第三种亚原子粒子呢？原子中中子的数量呢？

原子中中子的数量对于确定原子序数并不重要；事实上，它甚至不能告诉你你拥有的是哪种类型的原子（或哪种元素）。但是，如果你想找到一个称为质量数（A）的量，那么中子的数量就很重要了。任何原子的质量数被定义为原子中质子和中子之和

{\text{mass number}}\ A=({\text{number of protons}})+({\text{number of neutrons}})\,\!

只要知道原子中质子和中子的数量，就可以很容易地计算出原子的质量数。

示例 1

包含 3 个质子和 4 个中子的原子的质量数是多少？

解答:

$({\text{number of protons}})=\,\!$	$3\,\!$
$({\text{number of neutrons}})=\,\!$	$4\,\!$
${\text{mass number}},\ A=\,\!$	$({\text{number of protons}})+({\text{number of neutrons}})\,\!$
$A=\,\!$	$(3)+(4)\,\!$
$A=\,\!$	$7\,\!$

示例 2

包含 2 个中子的氦原子的质量数是多少？

解答:

$({\text{number of protons}})=\,\!$	$2\ [{\text{Remember that an atom of helium always has 2 protons.}}]\,\!$
$({\text{number of neutrons}})=\,\!$	$2\,\!$
${\text{mass number}},\ A=\,\!$	$({\text{number of protons}})+({\text{number of neutrons}})\,\!$
$A=\,\!$	$(2)+(2)\,\!$
$A=\,\!$	$4\,\!$

你认为为什么“质量数”包含质子和中子，而不包含电子？你已经了解到，与质子或中子的质量相比，电子的质量非常非常小（就像一枚硬币的质量与保龄球的质量相比）。统计质子和中子的数量可以告诉科学家原子的总质量，但统计电子数量只会使事情变得混乱。

可以这样理解——你被要求抬起一个装有一些保龄球和一些硬币的箱子，但箱子已经被封上了胶带。现在，如果你必须决定是否需要帮助抬起箱子，你会更想知道什么，是保龄球和硬币的总数，还是仅仅是保龄球的总数（图4.15）？假设你只被告知保龄球的数量。如果你知道箱子里有20个保龄球，你不会自己抬起箱子，但如果你知道只有一个，你可能会自己抬起，即使那个箱子里还有19个你不知道的硬币。另一方面，如果你不是被告知保龄球的数量，而是被告知保龄球和硬币的数量，你的决定会更困难。如果你被告知数字20呢？这可能意味着20个保龄球和0个硬币，也可能意味着1个保龄球和19个硬币。事实上，它甚至可能意味着20个硬币。不幸的是，你将无法知道数字20指的是什么。当然，你不会选择抬起20个保龄球，但抬起20个硬币不成问题。就像你不会关心即将抬起的箱子里硬币的数量一样，科学家在计算质量数时也不关心电子的数量。这就是为什么质量数*仅仅*是原子中质子和中子之和。

**图4.15**：上面每个箱子都包含10个物品。但是，如果你必须选择一个来抬起，你希望知道每个箱子里保龄球的数量，而不是每个箱子里物品的总数。显然，你宁愿抬起装有2个保龄球的箱子，而不是抬起装有7个保龄球的箱子。

同位素具有不同的中子数

如果你仔细阅读上一节，你就会知道你不能用原子中中子的数量来决定你拥有的是哪种*类型*的原子（或哪种元素）。与*质子数*不同，*质子数*在*相同元素的原子*中总是*相同*的，*中子数*可以*不同*，即使在*相同元素的原子*中也是如此。具有相同元素的原子，包含相同数量的质子，但*不同数量的中子*被称为**同位素**。由于任何给定元素的同位素都包含相同数量的质子，因此它们具有相同的原子序数（例如，氦的原子序数*总是*2）。但是，由于给定元素的同位素包含不同数量的中子，因此*不同的同位素*具有*不同的质量数*。以下两个例子应该有助于澄清这一点。

示例3

含3个中子的锂同位素的原子序数（Z）和质量数是多少？锂原子在其原子核中包含3个质子。

解答:

${\text{atomic number}},\ Z=\,\!$	$({\text{number of protons}})=3\,\!$
$({\text{number of neutrons}})=\,\!$	$3\,\!$
${\text{mass number}},\ A=\,\!$	$({\text{number of protons}})+({\text{number of neutrons}})\,\!$
$A=\,\!$	$(3)+(3)\,\!$
$A=\,\!$	$6\,\!$

示例4

含4个中子的锂同位素的原子序数（Z）和质量数是多少？锂原子在其原子核中包含3个质子。

解答:

${\text{atomic number}},\ Z=\,\!$	$({\text{number of protons}})=3\,\!$
$({\text{number of neutrons}})=\,\!$	$4\,\!$
${\text{mass number}},\ A=\,\!$	$({\text{number of protons}})+({\text{number of neutrons}})\,\!$
$A=\,\!$	$(3)+(4)\,\!$
$A=\,\!$	$7\,\!$

请注意，由于锂原子始终具有3个质子，因此锂的原子序数始终为Z = 3。但是，在具有3个中子的同位素中，质量数为A = 6，而在具有4个中子的同位素中，质量数为A = 7。

在自然界中，只有某些同位素存在。例如，锂以具有3个中子的同位素和具有4个中子的同位素形式存在，但它不存在于具有2个中子的同位素或具有5个中子的同位素形式。科学家可以制造具有2个或5个中子的锂同位素，但它们不太稳定（容易分解），因此它们不存在于实验室之外。

原子质量是一个计算值

当然，关于同位素的整个讨论将我们带回了道尔顿的原子理论。根据道尔顿的说法，给定元素的原子是相同的。但是，如果给定元素的原子可以具有不同数量的中子，那么它们也可以具有不同的质量！道尔顿是如何错过这一点的？事实证明，自然界中发现的元素始终以其天然存在的同位素的*恒定均匀混合物*形式存在。换句话说，一块锂始终包含两种类型的天然存在的锂（一种具有3个中子，另一种具有4个中子）。此外，它始终以相同的相对量（或“相对丰度”）包含这两种锂。在一块锂中，93%始终是具有4个中子的锂，而剩余的7%始终是具有3个中子的锂。

不幸的是，道尔顿总是用一大块元素进行实验——包含该元素所有天然存在的同位素的大块元素。因此，当他进行测量时，他实际上是在观察样品中所有不同同位素的平均特性。幸运的是，除了质量不同之外，不同同位素的大多数其他特性都是相似的。因此，给定元素的原子并非严格意义上的相同这一事实对于大多数化学问题来说并不那么重要。

然而，在计算**原子质量**时，了解不同的同位素非常重要。元素的原子质量是其同位素的质量及其相对百分比的*平均*质量，通常以“原子质量单位”（u）表示。（请记住，“原子质量单位”是在研究原子时使用的方便单位，因为质子的质量几乎正好是1.0 u）。如果你知道元素的天然存在的同位素的相对丰度以及这些不同同位素的质量，就可以计算出该元素的原子质量。下面的例子展示了如何做到这一点。

示例5

硼有两种天然存在的同位素。在硼样品中，20%的原子是B-10，这是一种具有5个中子且质量为10 amu的硼同位素。其余80%的原子是B-11，这是一种具有6个中子且质量为11 amu的硼同位素。硼的原子质量是多少？

解答:

要解决这个问题，我们将计算B-10质量的20%，即B-10同位素对“平均硼原子”的贡献。我们还将计算B-11质量的80%，即B-11同位素对“平均硼原子”的贡献。

步骤一：将问题中给出的百分比转换为其十进制形式，方法是将每个百分比除以100

{\text{20% 的十进制形式}}={\frac {20}{100}}=0.20

{\text{80% 的十进制形式}}={\frac {80}{100}}=0.80

步骤二：将每种同位素的质量乘以其十进制形式的相对丰度（百分比）

20\%{\text{ 的 B-10 质量}}=0.20\times 10\,{\text{amu}}=2.0\,{\text{amu}}\,\!

80\%{\text{ 的 B-11 质量}}=0.80\times 11\,{\text{amu}}=8.8\,{\text{amu}}\,\!

步骤三：将不同同位素的贡献加起来，找到“平均原子”的总质量

{\text{平均原子的总质量}}=2.0\,{\text{u}}+8.8\,{\text{u}}=10.8\,{\text{u}}\,\!

一个硼原子的平均质量，也就是硼的原子质量，是 10.8 u。

例 6

氖有三种天然存在的同位素。在一个氖的样本中，90.92% 的原子是 Ne−20，这是一种具有 10 个中子和 19.99 u 质量的氖同位素。另外 0.3% 的原子是 Ne−21，这是一种具有 11 个中子和 20.99 u 质量的氖同位素。最后 8.85% 的原子是 Ne−22，这是一种具有 12 个中子和 21.99 u 质量的氖同位素。氖的原子质量是多少？

解答:

要解决这个问题，我们将计算 Ne − 20 质量的 90.9%，这也就是 Ne − 20 对“平均氖原子”的贡献量。我们还将计算 Ne − 21 质量的 0.3% 和 Ne − 22 质量的 8.8%，这分别是 Ne − 21 同位素和 Ne − 22 同位素对“平均氖原子”的贡献量。

步骤一：将问题中给出的百分比转换为其十进制形式，方法是将每个百分比除以100

{\text{90.92% 的十进制形式}}={\frac {90.92}{100}}=0.9092

{\text{0.30% 的十进制形式}}={\frac {0.30}{100}}=0.0030

{\text{8.85% 的十进制形式}}={\frac {8.85}{100}}=0.0885

步骤二：将每种同位素的质量乘以其十进制形式的相对丰度（百分比）

90.92\%{\text{ 的 Ne}}-20{\text{ 质量}}=0.909\times 20.00=18.18\,{\text{amu}}\,\!

0.3\%{\text{ 的 Ne}}-21{\text{ 质量}}=0.003\times 21.00=0.063\,{\text{amu}}\,\!

8.85\%{\text{ 的 Ne}}-22{\text{ 质量}}=0.088\times 22.00=1.93\,{\text{amu}}\,\!

步骤三：将不同同位素的贡献加起来，找到“平均原子”的总质量

{\text{平均原子的总质量}}=18.18\,{\text{amu}}+0.06\,{\text{amu}}+1.93\,{\text{amu}}=20.17\,{\text{amu}}\,\!

一个氖原子的平均质量，也就是氖的原子质量，是 20.17 amu。

元素周期表中的原子信息

大多数科学家不希望每次做实验都必须计算元素的原子质量。他们也不想记住已经发现的 118 种元素中每种元素的质子数或原子序数。因此，这些信息存储在元素周期表中。图 4.16 显示了一个比你在第 1 章看到的元素周期表包含更多细节的周期表。

族 →	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
↓ 周期
1	1 H 1.01																	2 He 4.00
2	3 Li 6.94	4 Be 9.01											5 B 10.1	6 C 12.0	7 N 14.0	8 O 16.0	9 F 19.0	10 Ne 20.2
3	11 Na 23.0	12 Mg 24.3											13 Al 27.0	14 Si 28.1	15 P 31.0	16 S 32.1	17 Cl 35.5	18 Ar 40.0
4	19 K 39.1	20 Ca 40.1	21 Sc 45.0	22 Ti 47.9	23 V 50.9	24 Cr 52.0	25 Mn 54.9	26 Fe 55.9	27 Co 58.9	28 Ni 58.7	29 Cu 63.6	30 Zn 65.4	31 Ga 69.7	32 Ge 72.6	33 As 74.9	34 Se 79.0	35 Br 79.9	36 Kr 83.8
5	37 Rb 85.5	38 Sr 87.6	39 Y 88.9	40 Zr 91.2	41 Nb 92.9	42 Mo 95.9	43 Tc 98	44 Ru 101	45 Rh 103	46 Pd 106	47 Ag 108	48 Cd 112	49 In 115	50 Sn 119	51 Sb 122	52 Te 128	53 I 127	54 Xe 131
6	55 Cs 133	56 Ba 137	57 La 139	72 Hf 179	73 Ta 181	74 W 184	75 Re 186	76 Os 190	77 Ir 192	78 Pt 195	79 Au 197	80 Hg 201	81 Tl 204	82 Pb 207	83 Bi 209	84 Po 209	85 At 210	86 Rn 222
7	87 Fr 233	88 Ra 226	89 Ac 227	104 Rf 263	105 Db 262	106 Sg 266	107 Bh 264	108 Hs 269	109 Mt 268	110 Ds 272	111 Rg 272	112 Cn 277	113 Uut 284	114 Uuq 289	115 Uup 288	116 Uuh 292	117 Uus 292	118 Uuo 294
镧系元素					58 Ce 140	59 Pr 141	60 Nd 144	61 Pm 145	62 Sm 150	63 Eu 152	64 Gd 157	65 Tb 159	66 Dy 163	67 Ho 165	68 Er 167	69 Tm 169	70 Yb 173	71 Lu 175
锕系元素					90 Th 232	91 Pa 231	92 U 238	93 Np 237	94 Pu 244	95 Am 243	96 Cm 247	97 Bk 247	98 Cf 251	99 Es 252	100 Fm 257	101 Md 258	102 No 259	103 Lr 260

自然丰度

实线边框：至少有一种同位素比地球更古老（原生元素）
虚线边框：至少有一种同位素自然来源于其他化学元素的衰变，并且没有同位素比地球更古老
点线边框：仅人工合成的同位素（人工合成元素）

图 4.16：一个周期表，显示了每个元素的原子序数（Z）和每个元素的质量数（A）。

注意，每个方格仍然包含一个元素的符号（一个大写字母或一个大写字母后跟一个小写字母），但现在每个方格中增加了两个新的数字，一个数字位于元素符号的上方，另一个数字位于元素符号的下方。

每个方格中元素符号上方的数字是该元素的原子序数。正如你之前学到的，氢（符号 H）的原子序数Z = 1，氦（符号 He）的原子序数Z = 2，锂（符号 Li）的原子序数Z = 3，铍（符号 Be）的原子序数Z = 4，硼（符号 B）的原子序数Z = 5，碳（符号 C）的原子序数Z = 6。每个方格中元素符号下方的数字是该元素的原子质量。注意硼（符号 B）的原子质量是 10.8，这与我们在示例 5 中计算的结果相同，氖（符号 Ne）的原子质量是 20.18，这与我们在示例 6 中计算的结果相同。观察元素周期表如何简洁地存储和呈现关于每种元素的大量信息。花点时间注意并非所有元素周期表都将原子序数放在元素符号的上方，将质量数放在元素符号的下方。如果你有任何疑问，请记住原子序数 (Z) 始终是这两个数字中较小的那个，而原子质量始终是这两个数字中较大的那个。（平均质量必须包括质子数 (Z) 和平均中子数）。

课程总结

电子是一种带负电的亚原子粒子。因此，电子相互排斥，但会被质子吸引。
质子是一种带正电的亚原子粒子。因此，质子相互排斥，但会被电子吸引。由于强核力的作用，质子结合在原子核中。
中子是一种不带电（中性）的亚原子粒子。与质子一样，中子由于强核力的作用而结合到原子核中。
质子和中子的质量大致相同，但它们都比电子质量大得多（大约是电子的 2000 倍）。
质子的正电荷在数量级上（“忽略正负号的大小”）等于电子的负电荷。因此，中性原子必须具有相同数量的质子和电子。
每种元素都有独特的质子数。元素的原子序数 (Z) 等于其任何原子的原子核中质子的数量。
原子的质量数 (A) 是原子中质子和中子之和：质量数 A = (质子数) + (中子数)
同位素是同一元素（相同数量的质子）的原子，它们在其原子核中具有不同数量的中子。
元素的原子质量是该元素一个原子的平均质量。如果已知元素的天然同位素的相对丰度以及这些同位素的质量，则可以计算元素的原子质量。
元素周期表是总结不同元素信息的一种便捷方式。除了元素符号外，大多数元素周期表还将包含元素的原子序数 (Z) 和元素的原子质量。

复习题

判断下列每个陈述是正确还是错误。
(a) 原子的原子核包含原子中所有的质子。

(b) 原子的原子核包含原子中所有的中子。

(c) 原子的原子核包含原子中所有的电子。

(d) 给定元素的中性原子必须包含相同数量的中子。

(e) 给定元素的中性原子必须包含相同数量的电子。
将亚原子性质与其描述相匹配。
(a) 电子 i. 具有 +1e 的原子电荷
(b) 中子 ii. 质量为 9.109383×10⁻²⁸ 克
(c) 质子 iii. 既不被带电物体吸引，也不被带电物体排斥
按质量从大到小的顺序排列电子、质子和中子。
判断下列每个陈述是正确还是错误。
(a) 元素的原子序数等于其任何原子的原子核中质子的数量。

(b) 元素原子序数的符号为 (A)。

(c) Z = 4 的中性原子必须有 4 个电子。

(d) A = 4 的中性原子必须有 4 个电子。

(e) 具有 7 个质子和 7 个中子的原子将具有 A = 14。

(f) 具有 7 个质子和 7 个中子的原子将具有 Z = 14。

(g) 具有 7 个电子和 7 个中子的中性原子将具有 A = 14。
使用元素周期表查找具有以下特征的元素的符号
(a) 中性原子中含有 44 个电子

(b) 含有 30 个质子

(c) Z = 36

(d) 原子质量为 14.007 amu
原子的质量数 (A) 在何时会…
(a) 大于原子的原子序数 (Z)？

(b) 小于原子的原子序数 (Z)？

(c) 等于原子的原子序数 (Z)？

第一列包含 5 种不同元素的数据。第二列包含相同 5 种元素的数据，但这些元素的不同同位素。通过连接相同元素的同位素来匹配这些列。

表 4.3
第一列	第二列
a. 具有 2 个质子和 1 个中子的原子	i. 具有 6 个中子的 C（碳）原子
b. 具有 5 个中子的 Be（铍）原子	ii. 具有 2 个质子和 2 个中子的原子
c. 具有 Z = 6 和 A = 13 的原子	iii. 具有 Z = 7 和 A = 15 的原子
d. 具有 1 个质子和 A = 1 的原子	iv. 具有 A = 2 和 1 个中子的原子
e. 具有 Z = 7 和 7 个中子的原子	v. 具有 Z = 4 和 6 个中子的原子

将以下同位素与其相应的质量数相匹配。

(a) 具有 Z = 17 和 18 个中子的原子	i. 35
(b) 没有中子的 H 原子	ii. 4
(c) 具有 2 个中子的 He 原子	iii. 1
(d) 具有 Z = 11 和 11 个中子的原子	iv. 23
(e) 具有 11 个中子和 12 个质子的原子	v. 22

将以下同位素与其相应的原子序数相匹配。
(a) A = 10 的 B（硼）原子 i. 8
(b) 具有 A = 10 和 6 个中子的原子 ii. 2
(c) 具有 3 个质子和 3 个中子的原子 iii. 3
(d) 氧原子 iv. 4
(e) 具有 A = 4 和 2 个中子的原子 v. 5
回答以下问题
(a) 含有 13 个质子和 13 个中子的原子的质量数是多少？

(b) 含有 24 个质子和 30 个中子的原子的质量数是多少？
回答以下问题
(a) 含有 28 个中子的锰 (Mn) 同位素的质量数是多少？

(b) 含有 20 个中子的钙 (Ca) 同位素的质量数是多少？
回答以下问题
(a) 如果一个原子有 30 个中子，并且质量数为 A = 70，那么它的原子序数是多少？

(b) 如果一个原子的质量数为 A = 28，并且它有 14 个中子，那么它的原子序数是多少？
回答以下问题
(a) 含有 7 个质子和 7 个中子的中性原子的质量数是多少？

(b) 含有 7 个电子和 7 个中子的中性原子的质量数是多少？

(c) 含有 5 个质子、5 个电子和 6 个中子的中性原子的质量数是多少？

(d) 含有 3 个电子和 4 个中子的中性原子的质量数是多少？
回答以下问题
(a) 如果一个原子的质量数 A = 58，并且它有 32 个中子，那么它是什么元素？

(b) 在质量数A = 19 的原子中，哪个元素含有 10 个中子？
铜有两种天然同位素。69.15% 的铜原子是 Cu − 63，质量为 62.93 amu。其余 30.85% 的铜原子是 Cu − 65，质量为 64.93 amu。铜的原子质量是多少？

词汇表

原子质量单位 (amu): 用于测量微量物质（如质子、中子、电子和原子）质量的单位。它很有用，因为质子的质量非常接近 1.0 amu。
原子序数 (Z): 元素的原子序数等于其任何原子核中质子的数量。
电子: 一种带负电荷的亚原子粒子。
基本电荷 (e): 一个电子或一个质子的电荷量级。您可以将基本电荷视为电荷单位。
质量数 (A): 原子的质量数是原子中质子和中子数量的总和。
中子: 一种不带电荷的亚原子粒子。中子存在于原子核中。
质子: 一种带正电荷的亚原子粒子。质子存在于原子核中。
强核力: 将原子核中质子和中子结合在一起的力。强核力足以克服质子之间的排斥力。

此材料改编自可在此处找到的原始 CK-12 书籍。此作品根据知识共享署名-相同方式共享 3.0 美国许可发布

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