高中化學/原子術語

道爾頓的原子理論解釋了許多關於物質、化學物質和化學反應的問題。然而，它並不完全準確，因為與道爾頓的看法相反，原子實際上可以被分解成更小的亞單位或亞原子粒子。在原子中發現的一種亞原子粒子是帶負電的電子。但是，由於原子是中性的，因此它們也必須包含正電物質。起初，科學家並不確定這種正電物質到底是什麼，或者它如何在原子中存在。湯姆遜認為它像李子布丁中的麵糊一樣分佈在整個原子中。然而，盧瑟福證明情況並非如此。在他的金箔實驗中，盧瑟福證明了原子中的正電物質集中在原子中心的某個小區域，使原子的大部分其餘部分成為空曠的空間（可能有一些電子，或“電子雲”）。

湯姆遜的實驗和盧瑟福的實驗都回答了許多問題，但它們也引發了許多問題，科學家們想知道更多。電子是如何與原子的其餘部分連線的？原子中心的正電物質是什麼樣的？它是一個巨大的正電荷團塊，還是也可以分成更小的部分？在本課中，我們將更仔細地觀察原子。

電子、質子和中子

原子由三種不同的亞原子粒子組成。首先是電子，我們已經討論過，並且是 J. J. 湯姆遜發現的。電子帶負電。因此，它們會被正電物體吸引，並被負電物體排斥，這意味著它們實際上會相互排斥（圖 4.9）。

儘管如此，大多數原子都包含不止一個電子。這是因為原子足夠大，可以容納許多電子，而這些電子永遠不會相互碰撞。正如您可能預料的那樣，原子越大，它所包含的電子就越多。

質子是另一種在原子中發現的亞原子粒子。質子帶正電。因此，它們會被負電物體吸引，並會被正電物體排斥。同樣，這意味著質子會相互排斥（圖 4.10）。然而，與電子不同的是，電子設法佔據了一個“領地”並“防禦”其他電子，質子則透過所謂的強核力結合在一起。因此，即使它們相互排斥，質子也被迫聚集在一起形成一個大團塊。這團質子有助於形成原子的原子核。請記住，原子核是原子中心帶正電的質量。

電子是最早被發現的亞原子粒子，質子是第二種。不過，還有一種亞原子粒子，稱為中子，直到很久以後才被發現。正如您可能從它的名稱中猜到的那樣，中子是中性的。換句話說，它根本不帶電荷，因此既不會被其他物體吸引也不會被排斥。這就是中子直到人們瞭解電子和質子很久以後才被發現的部分原因——因為它不帶電荷，所以很難檢測到。每個原子（除一個例外）都含有中子，它們與其他中子和質子結合在原子核中。同樣，有助於將中子固定在原子核中的結合力被稱為強核力。

在繼續之前，我們必須討論不同型別的亞原子粒子如何相互作用。當涉及到中子時，答案很明顯。由於中子既不會被物體吸引也不會被排斥，因此它們不會與質子或電子真正相互作用（除了與質子結合在原子核中之外）。然而，質子和電子確實會相互作用。根據您對質子和電子的瞭解，您認為當電子靠近質子時會發生什麼——這兩個亞原子粒子會相互吸引還是相互排斥？這是一個提示：“異性相吸，同性相斥”。電子和質子具有相反的電荷（一個負電荷，另一個正電荷），因此您會期望它們相互吸引，事實也正是如此（圖 4.11）。

觀看者踏上旅程，深入原子內部，欣賞其建築之美，並瞭解原子結構如何決定化學行為。影片點播 – 化學世界 – 原子。

相對質量和電荷

儘管電子、質子和中子都是亞原子粒子，但它們的大小並不相同。當您比較電子、質子和中子的質量時，您會發現與質子或中子相比，電子的質量極小。另一方面，質子和中子的質量非常相似，儘管從技術上講，中子的質量略大於質子的質量。因為質子和中子比電子重得多，所以任何原子中的幾乎所有原子質量都來自原子核，原子核包含所有中子和質子。

表 4.1 給出了電子、質子和中子的質量。第二列顯示了這三種亞原子粒子以克為單位的質量（請記住 SI 單位千克為 1 kg = 1000 g）。但是，第三列顯示了這三種亞原子粒子以“原子質量單位”為單位的質量。原子質量單位 (amu) 很有用，因為正如您所看到的，在此單位系統中，質子的質量和中子的質量幾乎正好為 1.0。我們將在後面的章節中討論原子質量單位。

表 4.1：不同亞原子粒子的質量
	以克 (g) 為單位的質量	以原子質量單位 (amu) 為單位的質量
電子	9.109383×10⁻²⁸	5.485799095×10⁻⁴
質子	1.6726217×10⁻²⁴	1.0072764669
中子	1.6749273×10⁻²⁴	1.0086649156

不幸的是，表 4.1 中的數字可能無法讓您很好地瞭解質子和中子與電子相比到底有多大，因此這裡有一個可能會有所幫助的比較。如果一個電子的重量與一枚硬幣相同，那麼一個質子（或一箇中子）的重量將為 4½ 公斤，就像一個大保齡球一樣（圖 4.12）。

除了質量之外，亞原子粒子的另一個重要屬性是它們的電荷。您已經知道中子是中性的，這意味著它們根本不帶電荷。因此，我們說中子的電荷為零。電子和質子呢？您知道電子帶負電，質子帶正電，但有趣的是，質子上的正電荷在大小上（大小表示“絕對值”或“忽略正負號時的尺寸”）與電子上的負電荷完全相等。

表 4.2 給出了電子、質子和中子的電荷。第二列以庫侖 (C) 為 SI 單位顯示了這三種亞原子粒子的電荷（庫侖是我們用來測量電荷的 SI 單位，就像千克是我們用來測量質量的單位，米是我們用來測量距離的單位一樣）。但是，第三列使用“基本電荷單位”* 或“基本電荷”顯示了這三種亞原子粒子的電荷。基本電荷單位 (e) 很吸引人，因為在此單位系統中，質子的電荷和電子的電荷正好為 1.0。

表 4.2：不同亞原子粒子的電荷
	以庫侖 (C) 為單位的電荷	以基本電荷 (e) 為單位的電荷
電子	−1.6021765×10⁻¹⁹	−1
質子	1.6021765×10⁻¹⁹	1
中子	0	0

請注意，無論您使用庫侖還是基本電荷單位，當您忽略正負號時，質子的電荷和電子的電荷都具有相同的大小。

之前，您瞭解到大小相等的負電荷和正電荷會相互抵消。這意味著電子的負電荷完美地平衡了質子的正電荷。換句話說，一箇中性原子必須每個質子都有一個電子。如果一箇中性原子有 1 個質子，它必須有 1 個電子。如果一箇中性原子有 2 個質子，它必須有 2 個電子。如果一箇中性原子有 10 個質子，它必須有 10 個電子。您明白了。為了保持中性，原子必須具有相同數量的電子和質子，但我們談論的是什麼型別的數字？這正是我們將在下一節中要探討的內容。

*基本電荷並不總是被嚴格視為一個單位（除了在原子單位中）。然而，如果您像對待任何其他非 SI 單位一樣對待它，例如磅 (lb) 或英尺 (ft)，那麼電荷就更容易理解了。

原子序數 (Z) 識別元素

您如何區分腳踏車和汽車？腳踏車和獨輪車之間的區別又如何呢？請檢視圖 4.13。



圖 4.13：一輛獨輪車，兩輛汽車和兩輛腳踏車的示例。你能想到一些規則，可以讓你區分所有獨輪車、汽車和腳踏車嗎？

如果你需要制定一個規則來區分獨輪車、腳踏車和汽車，你會怎麼做？你不能用顏色來區分，因為不同的汽車可以有不同的顏色，更糟糕的是，一輛汽車的顏色可能與腳踏車或獨輪車相同。重量也是如此。雖然大多數汽車的重量都比大多數腳踏車重，而大多數腳踏車的重量又比大多數獨輪車重，但這並不總是正確的。事實上，圖 4.13 中那輛紅色的“Smart Car”可能比一輛大型摩托車的重量還要輕。

真正需要區分汽車、腳踏車和獨輪車的是一個在每個類別內都相同，但在類別之間不同的屬性。一個好的選擇是輪子的數量。所有獨輪車都有一個輪子，所有腳踏車都有兩個輪子，所有汽車都有四個輪子。如果你數輪子，你很可能永遠不會把獨輪車與腳踏車混淆，或者把腳踏車與汽車混淆（即使是摩托車與 Smart Car！）。換句話說，如果你知道輪子的數量，你就知道你在處理哪種型別的車輛。

就像我們可以透過數輪子的數量來區分汽車、腳踏車和獨輪車一樣，科學家可以透過數質子的數量來區分不同的元素（記住，元素是一種特定的原子型別）。如果一輛車只有一個輪子，我們就知道它是一輛獨輪車。如果一個原子只有一個質子，我們就知道它是一個氫原子，或者換句話說，它是氫元素的一個原子。類似地，一輛有兩個輪子的車總是腳踏車，就像一個有兩個質子的原子總是氦原子，或者氦元素的一個原子。當我們在車輛上數到四個輪子時，我們知道它是一輛汽車，而當科學家在一個原子中數到四個質子時，他們就知道它是一個鈹原子，或者鈹元素的一個原子。這個列表還在繼續：一個有三個質子的原子是鋰原子，一個有五個質子的原子是硼原子，一個有六個質子的原子是碳原子……事實上，我們為包含從 1 個質子到 118 個質子的原子都起了名字。到目前為止，科學家能夠塞進一個原子中的最大質子數是 118，因此已知有 118 種元素。（在地球上，只有最多包含 92 個質子的原子是自然存在的）。

由於一個元素的原子可以透過其原子核中質子的數量來區分，因此科學家們總是對這個數字感興趣，以及這個數字在不同元素之間是如何不同的（圖 4.14）。因此，科學家們給這個數字一個特殊的名稱和一個特殊的符號。元素的原子序數（Z）等於其任何原子的原子核中質子的數量。氫的原子序數為Z = 1，因為每個氫原子都有 1 個質子。氦的原子序數為Z = 2，因為每個氦原子都有 2 個質子。碳的原子序數是多少？

圖 4.14：你不能真正根據顏色來區分硫和金，因為它們都是黃色的。你可以說金是有光澤的，但你如何區分金和矽呢？然而，每種元素都具有獨特的質子數。硫有 16 個質子，矽有 14 個質子，金有 79 個質子。

質量數 (A) 是質子和中子之和

在上一節中，我們瞭解到每種型別的原子或元素都有特定的質子數。這個特定的數字被稱為元素的原子序數。當然，由於中性原子必須對每個質子都有一個電子，因此元素的原子序數也告訴你該元素的中性原子中有多少電子。例如，氫的原子序數為Z = 1。這意味著一個氫原子有一個質子，如果它是中性的，也只有一個電子。另一方面，金的原子序數為Z = 79，這意味著一個金原子如果有 79 個質子，那麼它就是中性的，並且有 79 個電子。所以我們知道質子的數量，我們也知道電子的數量，但第三種亞原子粒子呢？原子中中子的數量呢？

原子中中子的數量對於確定原子序數並不重要；事實上，它甚至不能告訴你你擁有的是哪種型別的原子（或哪種元素）。但是，如果你想找到一個稱為質量數（A）的量，那麼中子的數量就很重要了。任何原子的質量數被定義為原子中質子和中子之和

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

只要知道原子中質子和中子的數量，就可以很容易地計算出原子的質量數。

示例 1

包含 3 個質子和 4 箇中子的原子的質量數是多少？

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 箇中子的氦原子的質量數是多少？

解答:

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

你認為為什麼“質量數”包含質子和中子，而不包含電子？你已經瞭解到，與質子或中子的質量相比，電子的質量非常非常小（就像一枚硬幣的質量與保齡球的質量相比）。統計質子和中子的數量可以告訴科學家原子的總質量，但統計電子數量只會使事情變得混亂。

可以這樣理解——你被要求抬起一個裝有一些保齡球和一些硬幣的箱子，但箱子已經被封上了膠帶。現在，如果你必須決定是否需要幫助抬起箱子，你會更想知道什麼，是保齡球和硬幣的總數，還是僅僅是保齡球的總數（圖4.15）？假設你只被告知保齡球的數量。如果你知道箱子裡有20個保齡球，你不會自己抬起箱子，但如果你知道只有一個，你可能會自己抬起，即使那個箱子裡還有19個你不知道的硬幣。另一方面，如果你不是被告知保齡球的數量，而是被告知保齡球和硬幣的數量，你的決定會更困難。如果你被告知數字20呢？這可能意味著20個保齡球和0個硬幣，也可能意味著1個保齡球和19個硬幣。事實上，它甚至可能意味著20個硬幣。不幸的是，你將無法知道數字20指的是什麼。當然，你不會選擇抬起20個保齡球，但抬起20個硬幣不成問題。就像你不會關心即將抬起的箱子裡硬幣的數量一樣，科學家在計算質量數時也不關心電子的數量。這就是為什麼質量數*僅僅*是原子中質子和中子之和。

**圖4.15**：上面每個箱子都包含10個物品。但是，如果你必須選擇一個來抬起，你希望知道每個箱子裡保齡球的數量，而不是每個箱子裡物品的總數。顯然，你寧願抬起裝有2個保齡球的箱子，而不是抬起裝有7個保齡球的箱子。

同位素具有不同的中子數

如果你仔細閱讀上一節，你就會知道你不能用原子中中子的數量來決定你擁有的是哪種*型別*的原子（或哪種元素）。與*質子數*不同，*質子數*在*相同元素的原子*中總是*相同*的，*中子數*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，包含相同數量的質子，但*不同數量的中子*被稱為**同位素**。由於任何給定元素的同位素都包含相同數量的質子，因此它們具有相同的原子序數（例如，氦的原子序數*總是*2）。但是，由於給定元素的同位素包含不同數量的中子，因此*不同的同位素*具有*不同的質量數*。以下兩個例子應該有助於澄清這一點。

示例3

含3箇中子的鋰同位素的原子序數（Z）和質量數是多少？鋰原子在其原子核中包含3個質子。

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箇中子的鋰同位素的原子序數（Z）和質量數是多少？鋰原子在其原子核中包含3個質子。

解答:

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

請注意，由於鋰原子始終具有3個質子，因此鋰的原子序數始終為Z = 3。但是，在具有3箇中子的同位素中，質量數為A = 6，而在具有4箇中子的同位素中，質量數為A = 7。

在自然界中，只有某些同位素存在。例如，鋰以具有3箇中子的同位素和具有4箇中子的同位素形式存在，但它不存在於具有2箇中子的同位素或具有5箇中子的同位素形式。科學家可以製造具有2個或5箇中子的鋰同位素，但它們不太穩定（容易分解），因此它們不存在於實驗室之外。

原子質量是一個計算值

當然，關於同位素的整個討論將我們帶回了道爾頓的原子理論。根據道爾頓的說法，給定元素的原子是相同的。但是，如果給定元素的原子可以具有不同數量的中子，那麼它們也可以具有不同的質量！道爾頓是如何錯過這一點的？事實證明，自然界中發現的元素始終以其天然存在的同位素的*恆定均勻混合物*形式存在。換句話說，一塊鋰始終包含兩種型別的天然存在的鋰（一種具有3箇中子，另一種具有4箇中子）。此外，它始終以相同的相對量（或“相對丰度”）包含這兩種鋰。在一塊鋰中，93%始終是具有4箇中子的鋰，而剩餘的7%始終是具有3箇中子的鋰。

不幸的是，道爾頓總是用一大塊元素進行實驗——包含該元素所有天然存在的同位素的大塊元素。因此，當他進行測量時，他實際上是在觀察樣品中所有不同同位素的平均特性。幸運的是，除了質量不同之外，不同同位素的大多數其他特性都是相似的。因此，給定元素的原子並非嚴格意義上的相同這一事實對於大多數化學問題來說並不那麼重要。

然而，在計算**原子質量**時，瞭解不同的同位素非常重要。元素的原子質量是其同位素的質量及其相對百分比的*平均*質量，通常以“原子質量單位”（u）表示。（請記住，“原子質量單位”是在研究原子時使用的方便單位，因為質子的質量幾乎正好是1.0 u）。如果你知道元素的天然存在的同位素的相對丰度以及這些不同同位素的質量，就可以計算出該元素的原子質量。下面的例子展示瞭如何做到這一點。

示例5

硼有兩種天然存在的同位素。在硼樣品中，20%的原子是B-10，這是一種具有5箇中子且質量為10 amu的硼同位素。其餘80%的原子是B-11，這是一種具有6箇中子且質量為11 amu的硼同位素。硼的原子質量是多少？

解答:

要解決這個問題，我們將計算B-10質量的20%，即B-10同位素對“平均硼原子”的貢獻。我們還將計算B-11質量的80%，即B-11同位素對“平均硼原子”的貢獻。

步驟一：將問題中給出的百分比轉換為其十進位制形式，方法是將每個百分比除以100

{\text{20% 的十進位制形式}}={\frac {20}{100}}=0.20

{\text{80% 的十進位制形式}}={\frac {80}{100}}=0.80

步驟二：將每種同位素的質量乘以其十進位制形式的相對丰度（百分比）

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

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

步驟三：將不同同位素的貢獻加起來，找到“平均原子”的總質量

{\text{平均原子的總質量}}=2.0\,{\text{u}}+8.8\,{\text{u}}=10.8\,{\text{u}}\,\!

一個硼原子的平均質量，也就是硼的原子質量，是 10.8 u。

例 6

氖有三種天然存在的同位素。在一個氖的樣本中，90.92% 的原子是 Ne−20，這是一種具有 10 箇中子和 19.99 u 質量的氖同位素。另外 0.3% 的原子是 Ne−21，這是一種具有 11 箇中子和 20.99 u 質量的氖同位素。最後 8.85% 的原子是 Ne−22，這是一種具有 12 箇中子和 21.99 u 質量的氖同位素。氖的原子質量是多少？

解答:

要解決這個問題，我們將計算 Ne − 20 質量的 90.9%，這也就是 Ne − 20 對“平均氖原子”的貢獻量。我們還將計算 Ne − 21 質量的 0.3% 和 Ne − 22 質量的 8.8%，這分別是 Ne − 21 同位素和 Ne − 22 同位素對“平均氖原子”的貢獻量。

步驟一：將問題中給出的百分比轉換為其十進位制形式，方法是將每個百分比除以100

{\text{90.92% 的十進位制形式}}={\frac {90.92}{100}}=0.9092

{\text{0.30% 的十進位制形式}}={\frac {0.30}{100}}=0.0030

{\text{8.85% 的十進位制形式}}={\frac {8.85}{100}}=0.0885

步驟二：將每種同位素的質量乘以其十進位制形式的相對丰度（百分比）

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

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

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

步驟三：將不同同位素的貢獻加起來，找到“平均原子”的總質量

{\text{平均原子的總質量}}=18.18\,{\text{amu}}+0.06\,{\text{amu}}+1.93\,{\text{amu}}=20.17\,{\text{amu}}\,\!

一個氖原子的平均質量，也就是氖的原子質量，是 20.17 amu。

元素週期表中的原子資訊

大多數科學家不希望每次做實驗都必須計算元素的原子質量。他們也不想記住已經發現的 118 種元素中每種元素的質子數或原子序數。因此，這些資訊儲存在元素週期表中。圖 4.16 顯示了一個比你在第 1 章看到的元素週期表包含更多細節的週期表。

族 →	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
↓ 週期
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
鑭系元素					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
錒系元素					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

實線邊框：至少有一種同位素比地球更古老（原生元素）
虛線邊框：至少有一種同位素自然來源於其他化學元素的衰變，並且沒有同位素比地球更古老
點線邊框：僅人工合成的同位素（人工合成元素）

圖 4.16：一個週期表，顯示了每個元素的原子序數（Z）和每個元素的質量數（A）。

注意，每個方格仍然包含一個元素的符號（一個大寫字母或一個大寫字母后跟一個小寫字母），但現在每個方格中增加了兩個新的數字，一個數字位於元素符號的上方，另一個數字位於元素符號的下方。

每個方格中元素符號上方的數字是該元素的原子序數。正如你之前學到的，氫（符號 H）的原子序數Z = 1，氦（符號 He）的原子序數Z = 2，鋰（符號 Li）的原子序數Z = 3，鈹（符號 Be）的原子序數Z = 4，硼（符號 B）的原子序數Z = 5，碳（符號 C）的原子序數Z = 6。每個方格中元素符號下方的數字是該元素的原子質量。注意硼（符號 B）的原子質量是 10.8，這與我們在示例 5 中計算的結果相同，氖（符號 Ne）的原子質量是 20.18，這與我們在示例 6 中計算的結果相同。觀察元素週期表如何簡潔地儲存和呈現關於每種元素的大量資訊。花點時間注意並非所有元素週期表都將原子序數放在元素符號的上方，將質量數放在元素符號的下方。如果你有任何疑問，請記住原子序數 (Z) 始終是這兩個數字中較小的那個，而原子質量始終是這兩個數字中較大的那個。（平均質量必須包括質子數 (Z) 和平均中子數）。

課程總結

電子是一種帶負電的亞原子粒子。因此，電子相互排斥，但會被質子吸引。
質子是一種帶正電的亞原子粒子。因此，質子相互排斥，但會被電子吸引。由於強核力的作用，質子結合在原子核中。
中子是一種不帶電（中性）的亞原子粒子。與質子一樣，中子由於強核力的作用而結合到原子核中。
質子和中子的質量大致相同，但它們都比電子質量大得多（大約是電子的 2000 倍）。
質子的正電荷在數量級上（“忽略正負號的大小”）等於電子的負電荷。因此，中性原子必須具有相同數量的質子和電子。
每種元素都有獨特的質子數。元素的原子序數 (Z) 等於其任何原子的原子核中質子的數量。
原子的質量數 (A) 是原子中質子和中子之和：質量數 A = (質子數) + (中子數)
同位素是同一元素（相同數量的質子）的原子，它們在其原子核中具有不同數量的中子。
元素的原子質量是該元素一個原子的平均質量。如果已知元素的天然同位素的相對丰度以及這些同位素的質量，則可以計算元素的原子質量。
元素週期表是總結不同元素資訊的一種便捷方式。除了元素符號外，大多數元素週期表還將包含元素的原子序數 (Z) 和元素的原子質量。

複習題

判斷下列每個陳述是正確還是錯誤。
(a) 原子的原子核包含原子中所有的質子。

(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電子。

(d) 給定元素的中性原子必須包含相同數量的中子。

(e) 給定元素的中性原子必須包含相同數量的電子。
將亞原子性質與其描述相匹配。
(a) 電子 i. 具有 +1e 的原子電荷
(b) 中子 ii. 質量為 9.109383×10⁻²⁸ 克
(c) 質子 iii. 既不被帶電物體吸引，也不被帶電物體排斥
按質量從大到小的順序排列電子、質子和中子。
判斷下列每個陳述是正確還是錯誤。
(a) 元素的原子序數等於其任何原子的原子核中質子的數量。

(b) 元素原子序數的符號為 (A)。

(c) Z = 4 的中性原子必須有 4 個電子。

(d) A = 4 的中性原子必須有 4 個電子。

(e) 具有 7 個質子和 7 箇中子的原子將具有 A = 14。

(f) 具有 7 個質子和 7 箇中子的原子將具有 Z = 14。

(g) 具有 7 個電子和 7 箇中子的中性原子將具有 A = 14。
使用元素週期表查詢具有以下特徵的元素的符號
(a) 中性原子中含有 44 個電子

(b) 含有 30 個質子

(c) Z = 36

(d) 原子質量為 14.007 amu
原子的質量數 (A) 在何時會…
(a) 大於原子的原子序數 (Z)？

(b) 小於原子的原子序數 (Z)？

(c) 等於原子的原子序數 (Z)？

第一列包含 5 種不同元素的資料。第二列包含相同 5 種元素的資料，但這些元素的不同同位素。透過連線相同元素的同位素來匹配這些列。

表 4.3
第一列	第二列
a. 具有 2 個質子和 1 箇中子的原子	i. 具有 6 箇中子的 C（碳）原子
b. 具有 5 箇中子的 Be（鈹）原子	ii. 具有 2 個質子和 2 箇中子的原子
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 個質子和 A = 1 的原子	iv. 具有 A = 2 和 1 箇中子的原子
e. 具有 Z = 7 和 7 箇中子的原子	v. 具有 Z = 4 和 6 箇中子的原子

將以下同位素與其相應的質量數相匹配。

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

將以下同位素與其相應的原子序數相匹配。
(a) A = 10 的 B（硼）原子 i. 8
(b) 具有 A = 10 和 6 箇中子的原子 ii. 2
(c) 具有 3 個質子和 3 箇中子的原子 iii. 3
(d) 氧原子 iv. 4
(e) 具有 A = 4 和 2 箇中子的原子 v. 5
回答以下問題
(a) 含有 13 個質子和 13 箇中子的原子的質量數是多少？

(b) 含有 24 個質子和 30 箇中子的原子的質量數是多少？
回答以下問題
(a) 含有 28 箇中子的錳 (Mn) 同位素的質量數是多少？

(b) 含有 20 箇中子的鈣 (Ca) 同位素的質量數是多少？
回答以下問題
(a) 如果一個原子有 30 箇中子，並且質量數為 A = 70，那麼它的原子序數是多少？

(b) 如果一個原子的質量數為 A = 28，並且它有 14 箇中子，那麼它的原子序數是多少？
回答以下問題
(a) 含有 7 個質子和 7 箇中子的中性原子的質量數是多少？

(b) 含有 7 個電子和 7 箇中子的中性原子的質量數是多少？

(c) 含有 5 個質子、5 個電子和 6 箇中子的中性原子的質量數是多少？

(d) 含有 3 個電子和 4 箇中子的中性原子的質量數是多少？
回答以下問題
(a) 如果一個原子的質量數 A = 58，並且它有 32 箇中子，那麼它是什麼元素？

(b) 在質量數A = 19 的原子中，哪個元素含有 10 箇中子？
銅有兩種天然同位素。69.15% 的銅原子是 Cu − 63，質量為 62.93 amu。其餘 30.85% 的銅原子是 Cu − 65，質量為 64.93 amu。銅的原子質量是多少？

詞彙表

原子質量單位 (amu): 用於測量微量物質（如質子、中子、電子和原子）質量的單位。它很有用，因為質子的質量非常接近 1.0 amu。
原子序數 (Z): 元素的原子序數等於其任何原子核中質子的數量。
電子: 一種帶負電荷的亞原子粒子。
基本電荷 (e): 一個電子或一個質子的電荷量級。您可以將基本電荷視為電荷單位。
質量數 (A): 原子的質量數是原子中質子和中子數量的總和。
中子: 一種不帶電荷的亞原子粒子。中子存在於原子核中。
質子: 一種帶正電荷的亞原子粒子。質子存在於原子核中。
強核力: 將原子核中質子和中子結合在一起的力。強核力足以克服質子之間的排斥力。

此材料改編自可在此處找到的原始 CK-12 書籍。此作品根據知識共享署名-相同方式共享 3.0 美國許可釋出

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