原子結構與同位素
進階原子由質子、中子和電子組成；原子序等於質子數，質量數等於質子數加中子數；同位素是質子數相同而中子數不同的原子，化學性質幾乎相同。
- 原子由質子（+1，約 1）、中子（0，約 1）和電子（−1，約 11836）組成；核內質子中子，核外電子
- 原子序 Z＝質子數；質量數 A＝Z＋N；中子數＝A−Z；中性原子電子數＝質子數
- 符號讀法：左上 A、左下 Z，如 ²³₁₁Na
文體小知識：科學知識說明文——以符號和數據講解次原子粒子、原子序與質量數的關係，以及同位素的概念與計算。
§課文原文 Passage
1元素是具有相同質子數的一類原子的統稱，每種元素有專屬符號，如氫是 H、碳是 C、鈉是 Na。按性質可把元素分為金屬、非金屬和類金屬三類：金屬導電導熱、有光澤；非金屬多不導電；類金屬如矽則介乎兩者之間，是製造晶片的重要材料。
2原子由三種次原子粒子組成：質子帶正電，相對電荷 +1；中子不帶電，相對電荷 0；電子帶負電，相對電荷 −1。質子和中子的相對質量都約為 1，緊密擠在中心的原子核內；電子的相對質量約為 11836，幾乎可以忽略，卻在核外殼層高速運動，主導原子的化學行為。
3原子序 Z 等於質子數，是週期表排列元素的依據；質量數 A 等於質子數加中子數，即 A = Z + N。電中性的原子中，電子數等於質子數。以鈉為例：原子序 11、質量數 23，可寫成 ²³₁₁Na，中子數便是 23 − 11 = 12，電子數也是 11。
4同一元素可有質子數相同、中子數不同的原子，稱為同位素：碳有 ¹²C、¹³C 和 ¹⁴C 三種常見同位素。同位素的化學性質幾乎相同，因為電子數和電子排布相同；只是質量不同。相對原子質量以 ¹²C = 12.00 為基準，是各同位素按豐度計算的加權平均值，氯的 35.5 便是著名例子。
1重點摘要 Summary
原子由質子、中子和電子組成；原子序等於質子數，質量數等於質子數加中子數；同位素是質子數相同而中子數不同的原子，化學性質幾乎相同。
2生字卡 Vocabulary
構成原子的更小粒子，即質子、中子和電子。
帶 +1 相對電荷、相對質量約 1 的次原子粒子，數目決定元素的種類。
不帶電、相對質量約 1 的次原子粒子，位於原子核內。
帶 −1 相對電荷、相對質量約 11836 的粒子，在核外殼層運動。
原子中心由質子和中子組成的部分，集中了原子的絕大部分質量。
元素的質子數 Z，決定元素在週期表中的位置。
質子數與中子數之和，即 A = Z + N。
質子數相同而中子數不同的同一元素原子，如 ¹²C 與 ¹³C。
以 ¹²C = 12.00 為基準、按同位素豐度加權的平均質量。
性質介乎金屬與非金屬之間的元素，如矽和硼。
3逐步講解 Steps
- 第一步：元素、原子與符號元素是質子數相同的一類原子的統稱，每種元素有專屬符號：氫 H、碳 C、鈉 Na、氯 Cl。舉個例子：一瓶氧氣、一枚鐵釘和一片石墨，分別由氧原子、鐵原子和碳原子組成，各是一種元素。按性質元素可分為金屬、非金屬和類金屬：金屬能導電導熱、有光澤；非金屬如氧和硫多不導電；類金屬如矽介乎兩者之間，是製造晶片和太陽能板的關鍵材料。
- 第二步：三種次原子粒子原子不是不可分割：它由質子、中子和電子組成。質子相對電荷 +1、相對質量約 1；中子不帶電、相對質量約 1；電子相對電荷 −1、相對質量約 11836，幾乎可以忽略。舉個例子：把原子想像成一個體育館，質子和中子擠在場中央的一顆小球（原子核）內，電子如蚊蟲在外圍看台高速繞圈；質量雖小，原子的化學行為卻由這些電子主導。
- 第三步：原子模型與電中性簡單原子模型把原子畫成中心原子核加外圍電子殼層：核內質子帶正電、中子不帶電，核外電子帶負電。電中性的原子中，電子數正好等於質子數，正負電荷互相抵消。舉個例子：碳的原子序是 6，中性碳原子便有 6 個質子和 6 個電子；若電子數不等於質子數，原子便帶電荷，成為離子——這正是下一課離子鍵的伏筆，先把電中性這條規則記牢。
- 第四步：原子序 Z 與質量數 A原子序 Z 是質子數，決定元素是誰；質量數 A 是質子數加中子數，即 A = Z + N，反映原子的質量級別。移項可得中子數 N = A − Z。舉個例子：鈉的原子序 11、質量數 23，中子數便是 23 − 11 = 12。考試常給出 A 和 Z 要求中子數，或反過來由中子數求質量數，這條公式必須滾瓜爛熟；數字單位是「個」，不必寫克，也不要與相對原子質量的小數混淆。
- 第五步：讀懂 ²³₁₁Na 這類符號元素符號左上角寫質量數 A，左下角寫原子序 Z，例如 ²³₁₁Na：左上 23 是質量數，左下 11 是原子序，說明鈉原子有 11 個質子、12 個中子，電中性時有 11 個電子。舉個例子：看見 ⁵⁶₂₆Fe，立刻讀出質子 26、質量數 56、中子 56 − 26 = 30、電子 26。書寫時上下標的位置不可調換，位置放錯是常見失分位；讀符號先認位置，再套公式。
- 第六步：同位素——同 Z 不同 N同位素是質子數相同、中子數不同的同一元素原子。碳有三種常見同位素：¹²C 有 6 個質子和 6 個中子，¹³C 有 6 個質子和 7 個中子，¹⁴C 有 6 個質子和 8 個中子。舉個例子：三兄弟同姓（都是碳，化學性質幾乎一樣），只是體重（質量數）不同。同位素化學性質相同，因為電子數和電子排布一樣；物理性質如質量則有差異，這是辨析題的標準答法。
- 第七步：同位素質量與相對原子質量相對原子質量以 ¹²C = 12.00 為基準，是元素各同位素按豐度加權的平均值。舉個例子：氯由 ³⁵Cl（約 75%）和 ³⁷Cl（約 25%）組成，相對原子質量 = (35 × 75 + 37 × 25) ÷ 100 = 35.5，所以週期表上氯寫 35.5 而非整數。計算題會給出各同位素的質量和豐度，要求加權平均，公式是「各同位素質量乘以百分率，總和再除以 100」，答案通常不是整數，屬正常現象。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
同位素計算題：碳的原子序是 6，自然界常見 ¹²C、¹³C 和 ¹⁴C 三種同位素。試分別寫出三者的質子數、中子數和電子數，並解釋為何三者的化學性質幾乎相同。
- 審題：同位素的質子數都等於碳的原子序 6；不同的只是中子數，即質量數不同
- 逐一計算中子數 N = A − Z：¹²C 得 12 − 6 = 6；¹³C 得 13 − 6 = 7；¹⁴C 得 14 − 6 = 8
- 電子數：中性原子的電子數等於質子數，三者都是 6 個電子
- 解釋性質：化學性質由電子排布決定；三者電子數和排布相同，故化學性質幾乎相同，只是質量不同
- 答案：¹²C、¹³C 和 ¹⁴C 的質子數都是 6（等於碳的原子序），中性原子的電子數也都是 6。中子數 = 質量數 − 質子數：¹²C 為 12 − 6 = 6 個；¹³C 為 13 − 6 = 7 個；¹⁴C 為 14 − 6 = 8 個。三者的化學性質幾乎相同，因為原子的化學行為由電子排布決定，而三種同位素的電子數和電子排布完全一樣；它們只是中子數不同、質量數不同，屬於同一元素的同位素。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1三種次原子粒子的相對電荷和相對質量各是多少？
Q2²³₁₁Na 的質子數、中子數和電子數是多少？
Q3什麼是同位素？
Q4鐵的原子序是 26、質量數 56，中子數是多少？
Q5氯由 ³⁵Cl（75%）和 ³⁷Cl（25%）組成，相對原子質量是多少？
8重點回顧 Recap
- 原子由質子（+1，約 1）、中子（0，約 1）和電子（−1，約 11836）組成；核內質子中子，核外電子
- 原子序 Z＝質子數；質量數 A＝Z＋N；中子數＝A−Z；中性原子電子數＝質子數
- 符號讀法：左上 A、左下 Z，如 ²³₁₁Na
- 同位素同 Z 不同 N，化學性質幾乎相同，質量不同
- 相對原子質量以 ¹²C = 12.00 為基準，按豐度加權平均（氯 35.5）