原子的构成与同位素

原子の構造と同位体

I 物質の構成／原子の構造

一句话结论

原子序数＝质子数＝电子数，决定元素种类；质量数＝质子数＋中子数，决定质量。同位素是原子序数相同、质量数不同的原子 —— 差别只在中子数，化学性质几乎一样。

原子里有三种粒子，却要用来决定两件完全不同的事：这是哪种元素，以及这个原子有多重。把「哪一个数管哪件事」分清，这一节的题就没有难的了 —— 而分不清的人会在数电子时反复出错。

为什么是这样

原子的半径约 10−10 m，而中心的原子核只有 10−15 ～ 10−14 m —— 相差五个数量级。核里有带正电的质子和不带电的中子，核外有带负电的电子在运动。质子数与电子数相等，所以原子整体电中性。

质量几乎全在核里。质子与中子的质量差不多，而电子只有质子的约 1/1840 —— 所以算原子质量时电子可以忽略，质量由「质子数＋中子数」决定，这个和叫质量数。

元素种类则由质子数决定，因为质子数决定了核外能容纳多少电子、电子怎么排，而化学性质是电子的事。所以质子数有个专名：原子序数。写法上，质量数写在元素符号左上、原子序数写在左下。

A = Z + N

适用条件

同一种元素的原子，质子数必然相同，但中子数可以不同。这样的原子互为同位素（アイソトープ）。氢有 1H、2H、3H；碳有 12C、13C、14C；氯有 35Cl 和 37Cl。同位素的化学性质几乎相同 —— 因为化学性质取决于电子数，而电子数没变。

自然界中各同位素的存在比几乎是定值，和取样地点无关。氢里 1H 占 99.9885 %，碳里 12C 占 98.93 %、13C 占 1.07 %。正因为比例固定，才能定义出一个有意义的「平均质量」，也就是下一章的原子量。

有些同位素的核不稳定，会放出放射线变成别的原子，叫放射性同位素。放射性同位素减少到原来一半所需的时间叫半衰期。14C 的半衰期是 5730 年：生物活着时体内 14C 比例与大气相同，死后停止摄入、只剩衰变，所以测残留比例就能推定年代。

这一节的题基本都是「数粒子」。先把三个数各自的定义写下来，再对号入座 —— 凭印象数最容易把中子数和电子数搞混。

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本节还有 8 部分，以及配套的真题和小测验。