普通化學/描述原子的數字

數字

如果紅色部分是質子，綠色部分是中子，那麼這個原子的原子序數、中子數和質量數是多少？（鋰）

原子序數是原子核中質子的數量。這個數字決定了原子的元素型別。例如，所有氖原子都恰好有十個質子。如果一個原子有十個質子，那麼它一定是氖。如果一個原子是氖，那麼它一定有十個質子。

原子序數有時用Z表示。繼續以氖為例，$Z=10$.

中子數是原子核中中子的數量。請記住，中子沒有電荷，因此它們不會影響元素的化學性質。但是，它們會影響元素的核性質。例如，碳-12 有六個中子，它是穩定的。碳-14 有八個中子，它恰好是放射性的。儘管存在這些差異，但兩種形式的碳在形成化合物時的行為方式相同。

中子數有時用N表示。

質量數是原子中質子和中子的總和。它用A表示。要找到原子的質量數，請記住A = Z + N。原子的質量數始終是整數。由於相同元素的不同原子中中子的數量可能不同，因此給定元素的質量數可能不同。請回到碳的例子。碳-14 的質量數為 14，而碳-12 的質量數為 12。每個碳原子必須有六個質子，因此碳-14 有八個中子，而碳-12 有六個中子。

相同元素的同位素具有幾乎相同的化學性質（因為它們具有相同數量的質子和電子）。它們唯一的區別是中子的數量，這會改變它們的核性質，如放射性。

符號

有一種方便的方法可以寫出描述原子的數字。透過例子學習最容易。

有用的提示！
請記住，圍繞元素符號寫入的三個數字中的任何一個都是可選的，但如果對於給定情況很重要，則應將其寫入。如果原子具有零電荷（質子和電子的數量相等），則電荷數將被省略。質量數和原子序數通常被省略。

$_{\,\,9}^{19}{\text{F}}$	這就是我們寫氟-19 的方式。原子序數在下方，質量數在上方，後面是其在元素週期表上的符號。
$^{12}{\text{C}}$	此示例顯示碳-12。注意原子序數是如何缺失的。您知道它是哪種元素是因為 C，因此不需要寫質子的數量。原子序數很少被寫入，因為元素符號意味著質子的數量。
$_{12}^{25}{\text{Mg}}^{+2}$	最後一個例子顯示了原子序數和質量數，以及電荷。電荷是質子數量與電子數量之間的差異。您可以稍後瞭解更多有關電荷、質子和電子的資訊。從這個例子中，您可以看到，這個鎂原子將有 12 個質子、13 箇中子和 10 個電子。它的質量為 25 (12 p + 13 n)，其電荷為 +2 (12 p - 10 e)。

讀者的練習！

嘗試寫出具有七個質子、七個中子和八個電子的原子的符號。您需要在元素週期表上查詢其符號。

原子量

原子的質量以原子質量單位 (amu) 衡量。原子的質量可以透過將質子和中子的數量相加來求得。根據定義，12 amu 等於碳-12 的原子量。質子和中子的質量約為 1 amu，而電子的質量可以忽略不計。

通常，一種純元素是由多種同位素以特定比例組成的。因此，測得的碳原子質量並不完全是 12。它是所有同位素質量的平均值，其中較常見的同位素對測得的原子質量貢獻更大。按照慣例，原子質量不帶單位。

示例

假設元素 Wikibookium 具有兩種同位素。第一種的質量數為 104，第二種的質量數為 107。考慮到自然界中 75% 的原子是第一種同位素，其餘的是第二種。平均原子質量計算如下：

0.75 × 104 + 0.25 × 107 = 104.75

在這種情況下，一堆 Wikibookium 原子的平均質量為 104.75 amu，但每個單獨的原子可能具有 104 或 107 的質量數。請記住，所有原子都具有相同的質子數。它們的質量不同是因為中子數不同。

摩爾

摩爾定義為一種元素的物質的量，其粒子數等於 12g C-12 碳中的粒子數，也稱為阿伏伽德羅常數。阿伏伽德羅常數等於 6.022 × 10²³。摩爾並不複雜：如果你有一打原子，你就有 12 個。如果你有一摩爾的原子，你就有 6.022 × 10²³ 個。為什麼這個極大的數字很重要？它可以用來在原子質量單位和克之間進行轉換。根據定義，一摩爾碳-12 恰好是 12 克。類似地，一摩爾任何元素的質量就是該元素的原子質量以克為單位表示的重量。原子質量等於該元素每摩爾的克數。

示例

有 128.2 克銣 (原子質量 = 85.47 amu)。有多少個原子？

(128.2 g) / (85.47 g/mol) = 1.5 mol
(1.5 mol) × (6.022 × 10²³) = 9.03 × 10²³ 個銣原子

這些 1 升的容器每個都容納 0.045 摩爾的氮基氣體。(1 L) / (22.4 L/mol) = 0.045 mol

摩爾也很重要，因為在標準溫度和壓力 (STP，0 °C 和 1 個大氣壓) 下，每 22.4 升氣體包含 1 摩爾的氣體分子。阿伏伽德羅發現了這一點。(這就是為什麼它是他的數字。) 一個裝滿氟氣的容器必須有 22.4 升才能容納一摩爾的 F₂ 分子。知道這個事實，如果你知道容器的體積，就可以確定氣體分子的質量。這對每一種氣體都適用。

為什麼每一種氣體都這樣？原子和分子都非常小。氣體的體積大部分是空的，所以分子的體積微不足道。正如你將最終了解的那樣，這確保了在 STP 下，每 22.4 升氣體原子始終有一摩爾。