第一节　原子的构成和同位素

一、原子的构成

原子由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子所构成。原子核所带的电量与核外电子的电量相等，但电性相反，因此，原子作为一个整体不显电性。

原子很小，一般直径约为10-10m。电子则更小，直径约为10-15m，原子核的直径也仅在10-16～10-14m之间。电子和原子核所占的原子空间是微不足道的，原子中绝大部分是“空的”。电子就在原子核外空间的一定范围内作高速运动。

原子核由质子和中子构成。表4-1为质子、中子和电子这三种粒子的主要性质。

①科学上，把一个电子所带的电量［1.602×10-19C（库仑）］定为一个单位负电荷，目前是电量的最小单位。

每个质子带一个单位的正电荷，中子不带电，原子核所带的电荷数（即核电荷数，符号Z）决定于核内质子数。对任何原子都有如下数量关系：

核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数

电子的质量很微小，约为质子质量的，所以，原子的质量主要集中在原子核上，由质子数和中子数决定。原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数之和叫做质量数，用符号A表示，中子数用符号N表示。则原子的质量关系在数值上为：

质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

因此，只要知道上述三个数值中的任意两个，就可以推算出另一个数值。例如，作为相对原子质量标准的碳-12原子的核电荷数为6，质量数为12，则其中子数为：

N=A-Z=12-6=6

通常，用X代表一个质量数为A，质子数为Z的原子，则组成原子的粒子间的关系可表示如下：

练一练

N的原子序数是_________，质子数是_________，中子数是_________，电子数是_________，质量数是_________。

二、同位素

具有相同核电荷数（即质子数）的一类原子总称为元素。目前已发现118种元素（包括人造元素）。元素按核电荷数由小到大排列的顺序号叫做原子序数。

在研究原子核的组成时，人们还发现，许多元素都具有质量数不同的几种原子。例如，氢元素具有三种不同质量数的原子（如表4-2所示）。

它们质子数相同，但中子数不同，所以质量数不同。这种具有相同核电荷数（质子数）而中子数不同的同一元素的原子互称为同位素。

同位素一般用符号X表示，如氢元素的三种同位素氕、氘、氚分别表示为H、H、H。同种元素的同位素虽然质量数不同，物理性质有差异，但它们的化学性质几乎完全相同。

目前，各种同位素（含人造同位素）已超过2000多种。在天然存在的某种元素里，不论是游离态，还是化合态，各种同位素原子的含量（又称丰度）一般是不变的。元素的原子量，是按该元素所含天然同位素原子的原子量和丰度计算出的平均值。例如，Cl有Cl和Cl两种天然同位素：

则Cl的原子量为：

34.969×75.77%+36.966×24.23%=35.453

同理，根据同位素原子的质量数和丰度，也可以计算出该元素的近似原子量。

同位素可分为稳定同位素和放射性同位素。后者的原子核不稳定，能自动放出某种射线（如α、β、γ射线），而衰变成其他元素。它们被广泛应用在核动力、医疗、工农业生产和科研等领域。例如，H用于制氢弹；U用于制原子弹，也是核反应堆的原料；Co可用于治疗癌症，也可用于探测物体内部的裂缝、异物及设备内料位的高度等。

想一想

目前已发现118种元素，能否表述为已发现118种原子吗？为什么？