原子结构与同位素
进阶原子由质子、中子和电子组成；原子序等于质子数，质量数等于质子数加中子数；同位素是质子数相同而中子数不同的原子，化学性质几乎相同。
- 原子由质子（+1，约 1）、中子（0，约 1）和电子（−1，约 11836）组成；核内质子中子，核外电子
- 原子序 Z＝质子数；质量数 A＝Z＋N；中子数＝A−Z；中性原子电子数＝质子数
- 符号读法：左上 A、左下 Z，如 ²³₁₁Na
文体小知识：科学知识说明文——以符号和数据讲解次原子粒子、原子序与质量数的关系，以及同位素的概念与计算。
§课文原文 Passage
1元素是具有相同质子数的一类原子的统称，每种元素有专属符号，如氢是 H、碳是 C、钠是 Na。按性质可把元素分为金属、非金属和类金属三类：金属导电导热、有光泽；非金属多不导电；类金属如矽则介乎两者之间，是制造晶片的重要材料。
2原子由三种次原子粒子组成：质子带正电，相对电荷 +1；中子不带电，相对电荷 0；电子带负电，相对电荷 −1。质子和中子的相对质量都约为 1，紧密挤在中心的原子核内；电子的相对质量约为 11836，几乎可以忽略，却在核外壳层高速运动，主导原子的化学行为。
3原子序 Z 等于质子数，是周期表排列元素的依据；质量数 A 等于质子数加中子数，即 A = Z + N。电中性的原子中，电子数等于质子数。以钠为例：原子序 11、质量数 23，可写成 ²³₁₁Na，中子数便是 23 − 11 = 12，电子数也是 11。
4同一元素可有质子数相同、中子数不同的原子，称为同位素：碳有 ¹²C、¹³C 和 ¹⁴C 三种常见同位素。同位素的化学性质几乎相同，因为电子数和电子排布相同；只是质量不同。相对原子质量以 ¹²C = 12.00 为基准，是各同位素按丰度计算的加权平均值，氯的 35.5 便是著名例子。
1重点摘要 Summary
原子由质子、中子和电子组成；原子序等于质子数，质量数等于质子数加中子数；同位素是质子数相同而中子数不同的原子，化学性质几乎相同。
2生字卡 Vocabulary
构成原子的更小粒子，即质子、中子和电子。
带 +1 相对电荷、相对质量约 1 的次原子粒子，数目决定元素的种类。
不带电、相对质量约 1 的次原子粒子，位于原子核内。
带 −1 相对电荷、相对质量约 11836 的粒子，在核外壳层运动。
原子中心由质子和中子组成的部分，集中了原子的绝大部分质量。
元素的质子数 Z，决定元素在周期表中的位置。
质子数与中子数之和，即 A = Z + N。
质子数相同而中子数不同的同一元素原子，如 ¹²C 与 ¹³C。
以 ¹²C = 12.00 为基准、按同位素丰度加权的平均质量。
性质介乎金属与非金属之间的元素，如矽和硼。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：元素、原子与符号元素是质子数相同的一类原子的统称，每种元素有专属符号：氢 H、碳 C、钠 Na、氯 Cl。举个例子：一瓶氧气、一枚铁钉和一片石墨，分别由氧原子、铁原子和碳原子组成，各是一种元素。按性质元素可分为金属、非金属和类金属：金属能导电导热、有光泽；非金属如氧和硫多不导电；类金属如矽介乎两者之间，是制造晶片和太阳能板的关键材料。
- 第二步：三种次原子粒子原子不是不可分割：它由质子、中子和电子组成。质子相对电荷 +1、相对质量约 1；中子不带电、相对质量约 1；电子相对电荷 −1、相对质量约 11836，几乎可以忽略。举个例子：把原子想像成一个体育馆，质子和中子挤在场中央的一颗小球（原子核）内，电子如蚊虫在外围看台高速绕圈；质量虽小，原子的化学行为却由这些电子主导。
- 第三步：原子模型与电中性简单原子模型把原子画成中心原子核加外围电子壳层：核内质子带正电、中子不带电，核外电子带负电。电中性的原子中，电子数正好等于质子数，正负电荷互相抵消。举个例子：碳的原子序是 6，中性碳原子便有 6 个质子和 6 个电子；若电子数不等于质子数，原子便带电荷，成为离子——这正是下一课离子键的伏笔，先把电中性这条规则记牢。
- 第四步：原子序 Z 与质量数 A原子序 Z 是质子数，决定元素是谁；质量数 A 是质子数加中子数，即 A = Z + N，反映原子的质量级别。移项可得中子数 N = A − Z。举个例子：钠的原子序 11、质量数 23，中子数便是 23 − 11 = 12。考试常给出 A 和 Z 要求中子数，或反过来由中子数求质量数，这条公式必须滚瓜烂熟；数字单位是「个」，不必写克，也不要与相对原子质量的小数混淆。
- 第五步：读懂 ²³₁₁Na 这类符号元素符号左上角写质量数 A，左下角写原子序 Z，例如 ²³₁₁Na：左上 23 是质量数，左下 11 是原子序，说明钠原子有 11 个质子、12 个中子，电中性时有 11 个电子。举个例子：看见 ⁵⁶₂₆Fe，立刻读出质子 26、质量数 56、中子 56 − 26 = 30、电子 26。书写时上下标的位置不可调换，位置放错是常见失分位；读符号先认位置，再套公式。
- 第六步：同位素——同 Z 不同 N同位素是质子数相同、中子数不同的同一元素原子。碳有三种常见同位素：¹²C 有 6 个质子和 6 个中子，¹³C 有 6 个质子和 7 个中子，¹⁴C 有 6 个质子和 8 个中子。举个例子：三兄弟同姓（都是碳，化学性质几乎一样），只是体重（质量数）不同。同位素化学性质相同，因为电子数和电子排布一样；物理性质如质量则有差异，这是辨析题的标准答法。
- 第七步：同位素质量与相对原子质量相对原子质量以 ¹²C = 12.00 为基准，是元素各同位素按丰度加权的平均值。举个例子：氯由 ³⁵Cl（约 75%）和 ³⁷Cl（约 25%）组成，相对原子质量 = (35 × 75 + 37 × 25) ÷ 100 = 35.5，所以周期表上氯写 35.5 而非整数。计算题会给出各同位素的质量和丰度，要求加权平均，公式是「各同位素质量乘以百分率，总和再除以 100」，答案通常不是整数，属正常现象。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
同位素计算题：碳的原子序是 6，自然界常见 ¹²C、¹³C 和 ¹⁴C 三种同位素。试分别写出三者的质子数、中子数和电子数，并解释为何三者的化学性质几乎相同。
- 审题：同位素的质子数都等于碳的原子序 6；不同的只是中子数，即质量数不同
- 逐一计算中子数 N = A − Z：¹²C 得 12 − 6 = 6；¹³C 得 13 − 6 = 7；¹⁴C 得 14 − 6 = 8
- 电子数：中性原子的电子数等于质子数，三者都是 6 个电子
- 解释性质：化学性质由电子排布决定；三者电子数和排布相同，故化学性质几乎相同，只是质量不同
- 答案：¹²C、¹³C 和 ¹⁴C 的质子数都是 6（等于碳的原子序），中性原子的电子数也都是 6。中子数 = 质量数 − 质子数：¹²C 为 12 − 6 = 6 个；¹³C 为 13 − 6 = 7 个；¹⁴C 为 14 − 6 = 8 个。三者的化学性质几乎相同，因为原子的化学行为由电子排布决定，而三种同位素的电子数和电子排布完全一样；它们只是中子数不同、质量数不同，属于同一元素的同位素。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1三种次原子粒子的相对电荷和相对质量各是多少？
Q2²³₁₁Na 的质子数、中子数和电子数是多少？
Q3什么是同位素？
Q4铁的原子序是 26、质量数 56，中子数是多少？
Q5氯由 ³⁵Cl（75%）和 ³⁷Cl（25%）组成，相对原子质量是多少？
8重点回顾 Recap
- 原子由质子（+1，约 1）、中子（0，约 1）和电子（−1，约 11836）组成；核内质子中子，核外电子
- 原子序 Z＝质子数；质量数 A＝Z＋N；中子数＝A−Z；中性原子电子数＝质子数
- 符号读法：左上 A、左下 Z，如 ²³₁₁Na
- 同位素同 Z 不同 N，化学性质几乎相同，质量不同
- 相对原子质量以 ¹²C = 12.00 为基准，按丰度加权平均（氯 35.5）