原子分子笔记（科普）

贡献者： addis

　　 以下列出原子和分子的一些基本常识。

1. 原子

• 日常中的绝大部分物质（固体，液体，气体等）都是由原子组成的。
• 原子的大小一般在几个 “埃”，一埃是 $1 \times 10^{-10} \,\mathrm{m} $¹。
• 原子由一个原子核以及若干电子组成，电子围绕原子旋转²。
• 原子核的尺寸一般在 $1 \times 10^{-15} \,\mathrm{m} $ 的数量级，电子还要更小，所以原子内部是很空旷的。
• 原子核和电子之间通过库仑力（正负电荷之间的相互吸引力）束缚在一起。原子核带正电荷，电子带负电荷。
• 电子所带的负电荷的大小（去掉负号）叫做元电荷（elementary charge），是电荷的一种计量单位。
• 任何带电物体所带的电荷（无论正负）都是元电荷的整数倍。
• 原子核由若干质子和中子构成，它们之间通过核力³束缚在一起。
• 一个质子携带一个正的元电荷⁴，中子不带电。所以原子核带正电荷，电荷大小等于元电荷乘以质子的个数。
• 质子和中子的质量很接近，约为电子质量的一千八百多倍。
• 原子质量单位（atomic mass unit）（定义略）是一种质量单位。质子和中子的质量约等于一个原子质量单位。由于电子的质量可以忽略不计，每个原子的质量都约等于原子质量单位的整数倍，也就是质子和中子的总个数。
• 所以质子和中子的总个数叫做原子的质量数（mass number）。
• 相对原子质量（relative atomic mass）是某元素中原子平均质量除以原子质量单位得到的倍数（非整数）。相对原子质量四舍五入得到的整数就是质量数。
• 原子中质子和电子的数量相等，所以原子整体不带电。
• 原子序数（atomic number）是原子中质子的个数，即电子的个数。元素周期表按照原子序数排序。
• 例：氢原子是 1 号元素，原子核有一个质子（带一个整的元电荷）和一个电子（带一个负的元电荷）。氦原子是 2 号元素，原子核有两个质子和两个电子。
• 化学元素（chemical element）简称元素（element），是指具有某个原子序数的一类原子。元素和原子是近义词，元素是宏观概念，只区分种类不谈论个数，而原子是微观个体，既区分种类也可以谈论个数。
• 同一元素按照中子数可以进一步划分为不同的核素（nuclide），它们之间互为同位素（isotope）。
• 例：氢原子在自然界中有三种同位素：氕氘氚。它们都具有 1 个质子和 1 个电子，但是中子数分别为 0, 1, 2，原子质量数分别为 1, 2, 3。

离子

• 当原子失去了电子，他就整体带正电，形成正离子。当它获得了额外的电子，就整体带负电荷，形成负离子。
• 离子也指分子得失电子后的产物。分子见下文。

2. 分子

• 分子由若干个原子构成。
• 原子之间通过交换电子产生化学键，把原子束缚到一起形成分子。
• 例：空气中有大约 80% 左右的氮气。氮气由自由运动的氮分子 $\mathrm{N}_2$ 构成。每个氮分子由两个氮原子构成。空气中还有大约 20% 的氧气。氧气由自由运动的氧分子 $\mathrm{O}_2$ 构成。每个氧分子由两个氧原子构成。

1. ^ $1 \times 10^{-10} $ 是科学计数法，也就是 $0.0\dots01$ 中共有 10 个零，或者说把 $1.0$ 的小数点向左移动 10 位。$ \,\mathrm{m} $ 是长度单位 “米”
2. ^ 这只是一个模糊的说法，在原子的尺度下，电子的运动由量子力学描述，不存在运动轨迹的概念，一般称为电子云。
3. ^ 核力又可以进一步分为强核力和弱核力。
4. ^ 即质子和电子所带电荷的大小相同，但是符号相反。