原子

发展历史

早期历史

关于物质是由离散单元组成且能够被任意分割的概念流传了上千年，但这些想法只是基于抽象的、哲学的推理，而非实验和实验观察。随着时间的推移以及文化及学派的转变，哲学上原子的性质也有着很大的改变，而这种改变往往还带有一些精神因素。尽管如此，对于原子的基本概念在数千年后仍然被化学家们采用，因为它能够很简明地阐述一些化学界的现象。

原子论是元素派学说中最简明、最具科学性的一种理论形态。英国自然科学史家丹皮尔认为，原子论在科学上要比它以前或以后的任何学说都更接近于现代观点”。原子论的创始人是爱利亚人留基伯,他是德谟克利特的老师。古代学者在论及原子论时,通常是把他们俩人的学说混在一起的。由于留基伯生平不详,且其学说也为德谟克利特发展和完善,因此德谟克利特被公认为原子论的主要代表。

德谟克利特认为,万物的本原或根本元素是“原子”和“虚空”。“原子”在希腊文中是“不可分”的意思。德谟克利特用这一概念来指称构成具体事物的最基本的物质微粒。

经过二十几个世纪的探索，科学家在17世纪~18世纪通过实验，证实了原子的真实存在。19世纪初英国化学家J.道尔顿在进一步总结前人经验的基础上，提出了具有近代意义的原子学说。这种原子学说的提出开创了化学的新时代，他解释了很多物理、化学现象。

原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在原子核周围带负电的电子。原子核由带正电的质子和电中性的中子组成。当质子数与电子数相同时，这个原子就是电中性的；否则，就是带有正电荷或者负电荷的离子。根据质子和中子数量的不同，原子的类型也不同：质子数决定了该原子属于哪一种元素，而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个同位素。原子是化学变化的最小粒子，分子是由原子组成的，许多物质是由原子直接构成的。

原子的英文名是从希腊语转化而来，原意为不可切分的。很早以前，希腊和印度的哲学家就提出了原子的不可切分的概念。17和18世纪时，化学家发现了物理学的根据：对于某些物质，不能通过化学手段将其继续的分解。19世纪晚期和20世纪早期，物理学家发现了亚原子粒子以及原子的内部结构，由此证明原子并不是不能进一步切分。量子力学原理能够为原子提供很好的模型。

与日常体验相比，原子是一个极小的物体，其质量也很微小，以至于只能通过一些特殊的仪器才能观测到单个的原子，例如扫描隧道显微镜。原子的99.9%的质量集中在原子核，其中的质子和中子有着相近的质量。每一种元素至少有一种不稳定的同位素，可以进行放射性衰变。这直接导致核转化，即原子核中的中子数或质子数发生变化。电子占据一组稳定的能级，或者称为轨道。当它们吸收和放出光子的时候，电子也可以在不同能级之间跳跃，时吸收或放出光子的能量与能级之间的能量差相等。电子决定了一个元素的化学属性，并且对原子的磁性有着很大的影响。

近代历史

1661年，自然哲学家罗伯特·波义耳出版了《怀疑的化学家》（The Sceptical Chemist）一书，他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的，而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。恩格斯认为，波义耳是最早把化学确立为科学的化学家。

1789年，法国贵族，拉瓦锡定义了原子一词，从此，原子就用来表示化学变化中的最小的单位。

1803年，英语教师及自然哲学家约翰·道尔顿（John Dalton）用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈整数倍反应，即倍比定律（law of multiple proportions）；也解释了为什么某些气体比另外一些更容易溶于水。他提出每一种元素只包含唯一一种原子，而这些原子相互结合起来就形成了化合物。

原子结构1827年，英国植物学家罗伯特·布朗（Botanist Robert Brown)在使用显微镜观察水面上灰尘的时候，发现它们进行着不规则运动，进一步证明了微粒学说。后来，这一现象被称为为布朗运动。

1877年，德绍尔克思（J. Desaulx）提布朗运动是由于水分子的热运动而导致的。

1897年，在关于阴极射线的工作中，物理学家约瑟夫·汤姆生（J.J.Thomsom）发现了电子以及它的亚原子特性，粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想。汤姆生认为电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。这也叫做葡萄干蛋糕模型(枣核模型）。

1909年，在物理学家欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)的指导下，菲利普·伦纳德（P.E.A.Lenard）用氦离子轰击金箔。发现有很小一部分离子的偏转角度远远大于使用汤姆生假设所预测值。卢瑟福根据这个金铂实验的结果指出：原子中大部分质量和正电荷都集中在位于原子中心的原子核当中，电子则像行星围绕太阳一样围绕着原子核。带正电的氦离子在穿越原子核附近时，就会被大角度的反射。这就是原子核的核式结构。

1913年，在进行有关对放射性衰变产物的实验中，放射化学家弗雷德里克·索迪（Frederick Soddy）发现对于元素周期表中的每个位置，往往存在不只一种质量数的原子。玛格丽特·陶德创造了同位素一词，来表示同一种元素中不同种类的原子。在进行关于离子气体的研究过程中，汤姆生发明了一种新技术，可以用来分离不同的同位素，最终导致了稳定同位素的发现；同年，物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）重新省视了卢瑟福的模型，并将其与普朗克及爱因斯坦的量子化思想联系起来，他认为电子应该位于原子内确定的轨道之中，并且能够在不同轨道之间跃迁，而不是像先前认为那样可以自由的向内或向外移动。电子在这些固定轨道间跃迁时，必须吸收或者释放特定的能量。这种电子跃迁的理论能够很好的解释氢原子光谱中存在的固定位置的线条，并将普朗克常数与氢原子光谱的里德伯常量取得了联系。

1916年，德国化学家柯塞尔（Kossel）在考察大量事实后得出结论：任何元素的原子都要使最外层满足8电子稳定结。

1919年，物理学家卢瑟福在α粒子（氦原子核）轰击氮原子的实验中发现质子。弗朗西斯·威廉·阿斯顿（Francis William Aston）使用质谱证实了同位素有着不同的质量，并且同位素间的质量差都为一个整数，这被称为整数规则。

1923年，美国化学家吉尔伯特·牛顿·路易斯（G.N.Lewis）发展了柯赛尔的理论，提出共价键的电子对理论。路易斯假设：在分子中来自于一个原子的一个电子与另一个原子的一个电子以“电子对”的形式形成原子间的化学键。这在当时是一个有悖于正统理论的假设，因为库仑定律表明，两个电子间是相互排斥的，但路易斯这种设想很快就为化学界所接受，并导致原子间电子自旋相反假设的提出。

1926年，薛定谔（Erwin Schr?dinger）使用路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）于1924年提出的波粒二象性的假说，建立了一个原子的数学模型，用来将电子描述为一个三维波形。但是在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值。

1926年，沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）提出了著名的测不准原理。这个概念描述的是，对于测量的某个位置，只能得到一个不确定的动量范围，反之亦然。尽管这个模型很难想像，但它能够解释一些以前观测到却不能解释的原子的性质，例如比氢更大的原子的谱线。因此，人们不再使用玻尔的原子模型，而是将原子轨道视为电子高概率出现的区域（电子云）。

1930年，科学家发现，α射线轰击铍-9时，会产生一种电中性，拥有极强穿透力的射线，最初，这被认为是γ射线；1932年，约里奥·居里夫妇发现，这种射线能从石蜡中打出质子；同年，卢瑟福的学生詹姆斯·查得威克（James Chadwick）认定这就是中子，而同位素则被重新定义为有着相同质子数与不同中子数的元素。

1950年，随着粒子加速器及粒子探测器的发展，科学家们可以研究高能粒子间的碰撞。他们发现中子和质子是强子的一种，由更小的夸克微粒构成。核物理的标准模型也随之发展，能够成功的在亚原子水平解释整个原子核以及亚原子粒子之间的相互作用。

1985年，朱棣文及其同事在贝尔实验室开发了一种新技术，能够使用激光来冷却原子。威廉·丹尼尔·菲利普斯团队设法将纳原子置于一个磁阱中。这两个技术加上由克洛德·科昂-唐努德日团队基于多普勒效应开发的一种方法，可以将少量的原子冷却至微开尔文的温度范围，这样就可以对原子进行很高精度的研究，为玻色-爱因斯坦凝聚的发现奠定了基础。

历史上，因为单个原子过于微小，被认为不能够进行科学研究。2012年，科学家已经成功使用一单个金属原子与一个有机配体连接形成一个单电子晶体管。 在一些实验中，通过激光冷却的方法将原子减速并捕获，这些实验能够带来对于物质更好的理解。

发展历史

道尔顿的原子模型

英国自然科学家约翰·道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学理论，提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下四点：

①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子组成

②同种元素的原子的各种性质和质量都相同，不同元素的原子，主要表现为质量的不同

③原子是微小的、不可再分的实心球体

④原子是参加化学变化的最小单位，在化学反应中，原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失。

虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但道尔顿第一次将原子从哲学带入化学研究中，明确了今后化学家们努力的方向，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来，道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”。

葡萄干布丁模型（枣核模型）

葡萄干布丁模型（枣核模型）由汤姆生提出，是第一个存在着亚原子结构的原子模型。

汤姆生在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型（枣核模型），汤姆生认为：

①正电荷像流体一样均匀分布在原子中，电子就像葡萄干一样散布在正电荷中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消

②在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。

汤姆生的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型（枣核模型）的正确性。

土星模型

在汤姆生提出葡萄干布丁模型同年，日本科学家提出了土星模型，认为电子并不是均匀分布，而是集中分布在原子核外围的一个固定轨道上。

行星模型

行星模型由卢瑟福在提出，以经典电磁学为理论基础，主要内容有：

①原子的大部分体积是空的；

②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核；

③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。

随着科学的进步，氢原子线状光谱的事实表明行星模型是不正确的。

玻尔的原子模型

为了解释氢原子线状光谱这一事实，卢瑟福的学生玻尔接受了普朗克的量子论和爱因斯坦的光子概念在行星模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型。玻尔原子结构模型的基本观点是：

①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道（orbit)上绕原子核运动，不辐射能量

②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（E），且能量是量子化的，轨道能量值依n（1，2，3，。..）的增大而升高，n称为量子数。而不同的轨道则分别被命名为K（n=1)、L(n=2)、M(n=3)、N(n=4)、O(n=5)、P（n=6）、Q（n=7)。

③当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。

玻尔的原子模型很好的解释了氢原子的线状光谱，但对于更加复杂的光谱现象却无能为力。

现代量子力学模型

物理学家德布罗意、薛定谔和海森堡等人，经过13年的艰苦论证，在现代量子力学模型在玻尔原子模型的基础上很好地解释了许多复杂的光谱现象，其核心是波动力学。在玻尔原子模型里，轨道只有一个量子数（主量子数），现代量子力学模型则引入了更多的量子数（quantum number)。

①主量子数（principal quantum number)，主量子数决定不同的电子亚层，命名为K、L、M、N、O、P、Q

②角量子数(angular quantum number)，角量子数决定不同的能级，符号“l”共n个值（1，2，3，...n-1)，符号用s、p、d、f、g，表示对多电子原子来说，电子的运动状态与l有关。

③磁量子数（magnetic quantum number)磁量子数决定不同能级的轨道，符号“m”（见下文“磁矩”）。仅在外加磁场时有用。“n”“l”“m”三个量确定一个原子的运动状态。

④自旋磁量子数（spin m.q.n.）处于同一轨道的电子有两种自旋，即“↑↓”自旋现象的实质还在探讨当中。

基本信息

原子内部组成的粒子-结构模型图定义：化学变化中的最小微粒

性质：

①原子的质量非常小

②不停的运动

③原子间有间隔

④同种原子性质相同，不同种原子性质不相同

详细阐述

物质构成

金属单质（铁、铜等）

少数非金属单质（例：金刚石、石墨）

原子和离子的区别

	原子	离子	离子
区别		阳离子	阴离子
结构	质子数,等于核外电子数	质子数大于核外电子数	质子数小于核外电子数
电性	不显电性	带正电	带,负电
符号	元素符号,（H）	离子符号,（H+）	离子符号（Cl-）

原子半径

原子没有一个精确定义的最外层，通常所说的原子半径是根据相邻原子的平均核间距测定的。

共价半径

我们测得氯气分子中两个Cl原子的核间距为1.988Α，就把此核间距的一半，即0.994Α定为氯原子的半径，此半径称为共价半径。共价半径为该元素单质键长的一半

金属半径

另外，我们也可以测得金属单质比如铜中相邻两个铜原子的核间距，其值的一半称为金属半径。

范德华半径

指在分子晶体中，分子间以范德华力结合，如稀有气体相邻两原子核间距的一半。

部分元素的原子半径表

下表为一些元素的原子半径（pm），数据取自《无机化学-第四版》（2000年）和j.chem.phys（1967）。

元素	氢	氦	锂	铍	硼	碳	氮	氧	氟	氖
半径	37	122	152	111	88	77	70	66	64	160
元素	钠	镁	铝	硅	磷	硫	氯	氩	钾	钙
半径	186	160	143	117	110	104	99	191	227	197
元素	钪	钛	钒	铬	锰	铁	钴	镍	铜	锌
半径	161	145	132	125	124	124	125	125	128	133
元素	镓	锗	砷	硒	溴	氪	铷	锶	钇	锆
半径	122	122	121	117	114	198	248	215	181	160
元素	铌	钼	锝	钌	铑	钯	银	镉	铟	锡
半径	143	136	136	133	135	138	144	149	163	141
元素	锑	碲	碘	氙	铯	钡
半径	141	137	133	217	265	217

注：表中非金属元素为共价半径、金属元素为金属半径、稀有气体为范德华半径

注：许多元素的半径值在不同书籍中差异较大，其原因有

①原子半径的单位有(pm)和埃(Α)两种，Α=100pm

②原子半径的测定方法不同

③原子半径的种类不同

原子半径的周期规律

在元素周期表中，原子的半径变化的大体趋势是自上而下增加，而从左至右减少。因此，最小的原子是氢，半径为0.28Α；最大的原子是铯，半径为2.655Α。因为这样的尺寸远远小于可见光的波长（约400～700nm），所以不能够通过光学显微镜来观测它们。然而，使用扫描隧道显微镜，我们能够观察到单个原子。

原子磁性

电子是一种带电体，正如所有带电体一样，电子旋转时会产生一个磁场，因此，不同的原子往往有不同的磁学特性。

分子轨道理论可以很好地解释分子的磁性问题，例如氧气的顺磁性。

逆磁性

一些物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零。当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。常见的逆磁性金属有Bi、Cu、Ag、Au。

顺磁性

顺磁性物质的主要特点是原子或分子中含有没有完全抵消的电子磁矩，因而具有原子或分子磁矩。但是原子磁矩之间并无强的相互作用(一般为交换作用)，因此原子磁矩在热骚动的影响下处于无规(混乱)排列状态，原子磁矩互相抵消而无合磁矩。但是当受到外加磁场作用时，这些原来在热骚动下混乱排列的原子磁矩便同时受到磁场作用使其趋向磁场排列和热骚动作用使其趋向混乱排列，因此总的效果是在外加磁场方向有一定的磁矩分量。这样便使磁化率(磁化强度与磁场强度之比)成为正值，但数值也是很小，一般顺磁物质的磁化率约为十万分之一(10-5)，并且随温度的降低而增大。

常见的顺磁性物质有：氧气、一氧化氮、铂。

原子核能

放射性

某些物质的原子核能发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，只能用专门的仪器才能探测到的射线。物质的这种性质叫放射性。

衰变

不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可变得较为稳定，这个过程称为衰变（Radioactive decay）。这些粒子或能量（后者以电磁波方式射出）统称辐射（radiation）。由不稳定原子核发射出来的辐射可以是α（氦原子核）粒子、β（电子或正电子）粒子、γ射线或中子。

放射性核素在衰变过程中，该核素的原子核数目会逐渐减少。衰变至只剩下原来质量一半所需的时间称为该核素的半衰期（half-life）。每种放射性核素都有其特定的半衰期，由几微秒到几百万年不等。

原子核由于放出某种粒子而变为新核的现象．原子核是一个量子体系，核衰变是原子核自发产生的变化，它是一个量子跃迁过程，它服从量子统计规律．对任何一个放射性核素，它发生衰变的精确时刻是不能预知的，但作为一个整体，衰变的规律十分明确．若在dt时间间隔内发生核衰变的数目为dN，它必定正比于当时存在的原子核数目N，显然也正比于时间间隔dt。

衰变有3种：α衰变 、β衰变和γ衰变。

核裂变（nuclear fission）

核裂变指是一个原子核分裂成几个原子核的变化，核裂变通常由中子轰击质量数较大的原子核引起，原子核裂变后会形成两个质量相当的部分，并放出能量，有时会导致链式反应的发生。

核聚变（nuclear fusion）

当多个粒子聚集形成更重的原子核时，就会发生核聚变，例如两个核之间的高能碰撞。常见的核聚变发生于氘与氚之间。 核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳发光发热的能量来源。

在太阳的核心，质子需要3-10KeV的能量才能够克服它们之间的相互排斥，也就是库伦障壁，进而融合起来形成一个新的核。

稳定性质

原子核的稳定性，是指原子核不会自发地改变其质子数、中子数和它的基本性质。按原子核的稳定性可分为稳定原子核和不稳定(或放射性)原子核两类。

初中化学中的原子概念1．原子核中的质子数等于和大于84的原子核是不稳定的。即原子序数84以后的元素均为放射性元素。

2．具有少于84个质子的原子核，质子数和中子数均为偶数时，其核稳定。

3．质子数或中子数等于2，8，20，28，50，82，126的原子核特别稳定。这些数称为幻数。质子数和中子数都是幻数，称为双幻数核。

4.中子数和质子数之比n/p，在Z<20时n/p=1，原子核稳定。随着原子序数增加，n/p值增大，比值越大，稳定性越差。

原子核衰变

不稳定的原子核都会自发地转变成另一种核而同时放出射线，这种变化叫放射性衰变。原子核在衰变过程中放出的射线有三种：α射线、β射线和γ射线．

α射线是α粒子流，它是带正电的氦核。β射线是高速运动的电子流。

β衰变有β+和β-两种。β衰变时除放出正电子或负电子外，还放出中微子或反中微子。β-衰变是原子核内中子转变成质子(留在核内)同时放出一个电子和与电子相联系的反中微子。β+衰变是原子核内中子数较少，质子转变成中子(留在核内)，同时放出一个正电子和一个中微子。

γ射线是光子流。通常是在α衰变或β衰变后形成新核时辐射出来的。这是因为放射性母核经上述衰变后，变成处于激发态的子核，子核在跃迁到正常态时，一般辐射出γ光子。

衰变前粒子的电荷总数和质量总数与衰变后所有粒子的电荷总数和质量总数相等

放射性衰变定律

t时刻样品中有N个核，在dt时间内有dN个发生衰变，有t=0，N=N0，有

上式称为放射性衰变定律。

物理意义为：t时刻，每单位时间衰变的原子核数与该时刻原子核总数的比。越大，衰变越快。

习惯上常用半衰期来表征放射性元素衰变的快慢。半衰期的定义是：原子核衰变到N=N0/2所需的时间。用T表示。

有时也用平均寿命τ表示衰变的快慢。平均寿命是指每个原子核衰变前存在的时间的平均值。

放射性活度 (也称放射性强度)是指一个放射源，在单位时间内发生的核衰变次数。

在国际单位制中，放射性活度的单位是贝克勒尔(Bq)。1Bq表示每秒发生一次核衰变的放射源的活度。常用的单位还有居里(Ci)。

光谱相关

主条目：原子轨道

在稳定状态下，原子中的电子位于离核最近的轨道上，这时的原子就被称为基态原子；电子吸收能量后跃迁到更高的轨道上，这时原子就处于激发态。由于原子的轨道是量子化的，因此原子的能量发生变化时，会吸收（放出）特定的能量，产生不同的光谱图像，古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff）和罗伯特·威廉·本生（Robert Wilhelm Bunson）最早应用这一性质对不同元素的原子进行鉴定。

焰色反应（flame test）

当原子的光谱落在可见光区时，肉眼就可以看见不同的颜色，这是有些元素的原子在灼烧时引起火焰颜色变化的原因，这种变化被称为焰色反应，可以粗略地检测某些元素原子的存在。

下表给出部分金属（或金属离子）焰色反应产生的颜色：

类别	锂离子	钠离子	钾离子	铷离子	钙离子	锶离子	钡离子	铜离子
颜色	紫红	黄	淡紫	紫	砖红	洋红	黄绿	绿

价电子

价电子是原子参与化学反应的电子数，价电子数与原子的化学性质密切相关，对于主族元素来说，价电子数等于其最外层电子数；对于副族元素，价电子数包括最外层电子数和次外层的d（有时还包括f）轨道的电子数，元素周期表中通常会用电子排布式标示一个特定元素的价电子。根据价电子的不同，元素周期表可以分为s区、p区、d区、ds区、f区。

化合价

电离能

电离能的大小反映了原子失去电子的难易。电离能愈小，原子失去电子愈易，反之同理；电离能的大小和原子的有效电荷、原子半径和电子排布有很大关系。

第一电离能

基态气体原子失去电子成为带一个正电荷的气态正离子所需的能量称为第一电离能，一般来说，若不作说明，电离能即第一电离能。

1st～10th

以下是已发现所有元素的第一到第十电离能。数据来源不详。单位：kJ/mol（千焦/摩尔）

1st	2nd	3rd	4th	5th	6th	7th	8th	9th	10th
氢	1312
氦	2372.3	5250.5
锂	520.2	7298.1	11815
铍	899.5	1757.1	14848.7	21006.6
硼	800.6	2427.1	3659.7	25025.8	32826.7
碳	1086.5	2352.6	4620.5	6222.7	37831	47277
氮	1402.3	2856	4578.1	7475	9444.9	53266.6	64360
氧	1313.9	3388.3	5300.5	7469.2	10989.5	13326.5	71330	84078
氟	1681	3374.2	6050.4	8407.7	11022.7	15164.1	17868	92038.1	106434.3
氖	2080.7	3952.3	6122	9371	12177	15238	19999	23069.5	115379.5	131432
钠	495.8	4562	6910.3	9543	13354	16613	20117	25496	28932	141362
镁	737.7	1450.7	7732.7	10542.5	13630	18020	21711	25661	31653	35458
铝	577.5	1816.7	2744.8	11577	14842	18379	23326	27465	31853	38473
硅	786.5	1577.1	3231.6	4355.5	16091	19805	23780	29287	33878	38726
磷	1011.8	1907	2914.1	4963.6	6273.9	21267	25431	29872	35905	40950
硫	999.6	2252	3357	4556	7004.3	8495.8	27107	31719	36621	43177
氯	1251.2	2298	3822	5158.6	6542	9362	11018	33604	38600	43961
氩	1520.6	2665.8	3931	5771	7238	8781	11995	13842	40760	46186
钾	418.8	3052	4420	5877	7975	9590	11343	14944	16963.7	48610
钙	589.8	1145.4	4912.4	6491	8153	10496	12270	14206	18191	20385
钪	633.1	1235	2388.6	7090.6	8843	10679	13310	15250	17370	21726
钛	658.8	1309.8	2652.5	4174.6	9581	11533	13590	16440	18530	20833
钒	650.9	1414	2830	4507	6298.7	12363	14530	16730	19860	22240
铬	652.9	1590.6	2987	4743	6702	8744.9	15455	17820	20190	23580
锰	717.3	1509	3248	4940	6990	9220	11500	18770	21400	23960
铁	762.5	1561.9	2957	5290	7240	9560	12060	14580	22540	25290
钴	760.4	1648	3232	4950	7670	9840	12440	15230	17959	26570
镍	737.1	1753	3395	5300	7339	10400	12800	15600	18600	21670
铜	745.5	1957.9	3555	5536	7700	9900	13400	16000	19200	22400
锌	906.4	1733.3	3833	5731	7970	10400	12900	16800	19600	23000
镓	578.8	1979.3	2963	6180
锗	762	1537.5	3302.1	4411	9020
砷	947	1798	2735	4837	6043	12310
硒	941	2045	2973.7	4144	6590	7880	14990
溴	1139.9	2103	3470	4560	5760	8550	9940	18600
氪	1350.8	2350.4	3565	5070	6240	7570	10710	12138	22274	25880
铷	403	2633	3860	5080	6850	8140	9570	13120	14500	26740
锶	549.5	1064.2	4138	5500	6910	8760	10230	11800	15600	17100
钇	600	1180	1980	5847	7430	8970	11190	12450	14110	18400
锆	640.1	1270	2218	3313	7752	9500
铌	652.1	1380	2416	3700	4877	9847	12100
钼	684.3	1560	2618	4480	5257	6640.8	12125	13860	15835	17980
锝	702	1470	2850
钌	710.2	1620	2747
铹	719.7	1740	2997
钯	804.4	1870	3177
银	731	2070	3361
镉	867.8	1631.4	3616
铟	558.3	1820.7	2704	5210
锡	708.6	1411.8	2943	3930.3	7456
锑	834	1594.9	2440	4260	5400	10400
碲	869.3	1790	2698	3610	5668	6820	13200
碘	1008.4	1845.9	3180
氙	1170.4	2046.4	3099.4
铯	375.7	2234.3	3400
钡	502.9	965.2	3600
镧	538.1	1067	1850.3	4819	5940
铈	534.4	1050	1949	3547	6325	7490
镨	527	1020	2086	3761	5551
钕	533.1	1040	2130	3900
钷	540	1050	2150	3970
钐	544.5	1070	2260	3990
铕	547.1	1085	2404	4120
轧	593.4	1170	1990	4250
铽	565.8	1110	2114	3839
镝	573	1130	2200	3990
钬	581	1140	2204	4100
铒	589.3	1150	2194	4120
铥	596.7	1160	2285	4120
镱	603.4	1174.8	2417	4203
镥	523.5	1340	2022.3	4370	6445
铪	658.5	1440	2250	3216
钽	761	1500
钨	770	1700
铼	760	1260	2510	3640
锇	840	1600
铱	880	1600
铂	870	1791
金	890.1	1980
汞	1007.1	1810	3300
铊	589.4	1971	2878
铅	715.6	1450.5	3081.5	4083	6640
铋	703	1610	2466	4370	5400	8520
钋	812.1
砹	910

亲和能

第一电子亲和能

元素的一个基态气体原子得到一个电子成为一价气态负离子时所放出的能量称为该元素的电子亲和能（Y）。元素的电子亲和能表示得到一个电子形成负离子时放出的能量；若为负值，则表示要吸收能量（亲和能为负值的通常是金属，很难形成负离子）。

电子亲和能是元素氧化性的一个衡量标准，电子亲和能越大，该原子得电子的倾向越大，该原子对应元素的非金属性越强，电子亲和能的规律性并不强

由于条件限制，电子亲和能还没有准确的测定方法，不同文献的电子亲和能大小相差较大，也未表现出周期变化规律，所以电子亲和能的应用并不广泛。

以下给出部分主族元素元素电子亲和能大小，数据取自《化学－物质结构与性质（选修）》（2004年）。

元素	氢	锂	铍	硼	碳	氮	氧	氟	钠
Y	72.8	59.6	-48,6	26.7	122	-7	141	328	52.9
元素	镁	铝	硅	磷	硫	氯	钾	钙	镓
Y	-38,6	42.5	134	72	200	349	48.4	-28,9	28.9
元素	锗	砷	硒	溴	铷	锶	铟	锡	碲
Y	119	78.2	195	325	46.9	-28,9	28.9	107	190
元素	碘	铯	钡	铊	铅	铋	钋	砹
Y	295	45.5	-28,9	19.3	35.1	91.3	183	270

第二（及以上）电子亲和能

第二（及以上）电子亲和能对于任何元素均为负值，基本无意义。

电负性

电负性是一组表示原子在分子成键时对电子吸引力的相对数值，电负性综合考虑了电离能和电子亲合能，首先由莱纳斯·卡尔·鲍林（L.C.Pauling）于1932年提出。元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强。

计算方法

电负性的计算方法有多种，每一种方法的电负性数值都不同，比较有代表性的有3种

① 鲍林提出的标度。根据热化学数据和分子的键能，指定氟的电负性为3.98，计算其他元素的相对电负性。

②密立根从电离势和电子亲合能计算的绝对电负性。

③阿莱提出的建立在核和成键原子的电子静电作用基础上的电负性。利用电负性值时，必须是同一套数值进行比较。

电负性表

下表给出了常见元素的电负性大小，数据取自《化学－物质结构与性质（选修）》（2004年）。

元素	氢	氦	锂	铍	硼	碳	氮	氧	氟
电负性	2.1		1	1.5	2	2.5	3	3.5	4
元素	氖	钠	镁	铝	硅	磷	硫	氯	氩

结构简式

重要参数

质量数

原子（mass number）由于质子与中子的质量相近且远大于电子，所以用原子的质子和中子数量的总和定义相对原子质量，称为质量数。

相对原子质量

原子的静止质量通常用统一原子质量单位（u）来表示，也被称作道尔顿（Da）。这个单位被定义为电中性的碳12质量的十二分之一，约为1.66×10-27kg。氢最轻的一个同位素氕是最轻的原子，重量约为1.007825u。一个原子的质量约是质量数与原子质量单位的乘积。最重的稳定原子是铅-208，质量为207.9766521u。

摩尔

（mole）就算是最重的原子，化学家也很难直接对其进行操作，所以它们通常使用另外一个单位摩尔。摩尔的定义是对于任意一种元素，一摩尔总是含有同样数量的原子，约为6.022×10^23个。因此，如果一个元素的原子质量为1u，一摩尔该原子的质量就为（1.66×10-27x6.022×10^23=9.99652x10-4≈10x10-4=0.001kg）0.001kg，也就是1克。例如，碳-12的原子质量是12u，一摩尔碳的质量则是0.012kg。

相关构成

尽管原子的英文名称（atom）本意是不能被进一步分割的最小粒子，但是，随着科学的发展，原子被认为是由电子、质子、中子（氢原子质子和电子构成）由构成，它们被统称为亚原子粒子。几乎所有原子都含有上述三种亚原子粒子，但氕（氢的同位素）没有中子，其离子（失去电子后）只是一个质子。

原子尽管很小，用化学方法不能再分，但用其他方法仍然可以再分，因为原子也有一定的构成。原子是由中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的（反物质相反），原子核是由质子和中子两种粒子构成的，电子在核外较大空间内做高速运动。

亚原子粒子具有量子化特征和波粒二象性，公式表述为：λ=h/p=h/mv，式中λ为波长，p为动量，h为普朗克常数（ 6.626×10^-34 J·S)。

电子相关

原子在一个内部接近真空、两端封有金属电极的玻璃管通上高压直流电，阴极一端便会发出阴极射线。荧光屏可以显示这种射线的方向，如果外加一个匀强电场，阴极射线会偏向阳极；又若在玻璃管内装上转轮，射线可以使转轮转动。后经证实，阴极射线是一群带有负电荷的高速质点，即电子流。电子由此被发现。

电子是最早发现的亚原子粒子，到目前为止，电子是所有粒子中最轻的，只有kg，为[1/1836.152701(37)]，是密立根在1910年前后通过著名的“油滴实验”做出的。电子带有一个单位的负电荷，即4.8×10^-19静电单位或1.6×10^-19库伦，其体积因为过于微小，现有的技术已经无法测量。

现代物理学认为，电子属于轻子的一种是构成物质的基本单位之一（另一种为夸克）。电子具有波粒二象性，不能像描述普通物体运动那样，肯定他在某一瞬间处于空间的某一点，而只能指出它在原子核外某处出现的可能性（即几率）的大小。电子在原子核各处出现的几率是不同的，有些地方出现的几率大，有些地方出现的几率很小，如果将电子在核外各处出现的几率用小黑点描绘出来（出现的几率越大，小黑点越密），那么便得到一种略具直观性的图像，这些图像中，原子核仿佛被带负电荷的电子云物所笼罩，故称电子云。

把核外电子出现几率相等的地方连接起来，作为电子云的界面，使界面内电子云出现的总几率很大（例如90%或95%），在界面外的几率很小，有这个界面所包括的空间范围，叫做原子轨道，这里的原子轨道与宏观的轨道具有不同的含义。

原子轨道是薛定谔方程的合理解，薛定谔方程为一个二阶偏微方程

(δ^2ψ/δx^2)+(δ^2ψ/δy^2)+(δ^2ψ/δz^2)=-(8π^2)/(h^2)·(E-V)ψ，

该方程的解ψ是x、y、z的函数，写成ψ（x，y，z)。为了更形象地描述波函数的意义，通常用球坐标来描述波函数，即ψ（r，θ，φ)=R(r)·Y(θ，φ)，这里R(r)函数是与径向分布有关的函数，称为径向分布函数；Y(θ，φ)是与角度分布有关的，称为角度分布波函数。

原子核

主条目：原子核

在α粒子散射实验中，人们发现，原子的质量集中于一个很小且带正电的物质中，这就是原子核。

原子核也称作核子，由原子中所有的质子和中子组成，原子核的半径约等于1.07×A^1/3 fm，其中A是核子的总数。原子半径的数量级大约是105fm，因此原子核的半径远远小于原子的半径。

组成

原子核由质子与中子组成（氢原子核只有一个质子），中子和质子都是费米子的一种，根据量子力学中的泡利不相容原理，不可能有完全相同的两个费米子同时拥有一样量子物理态。因此，原子核中的每一个质子都占用不同的能级，中子的情况也与此相同。不过泡利不相容原理并没有禁止一个质子和一个中子拥有相同的量子态。

质子（proton）

质子由两个上夸克和一个下夸克组成，带一个单位正电荷，质量是电子质量的1836.152701(37)倍，为1.6726231(10)×10–27kg，然而部分质量可以转化为原子结合能。拥有相同质子数的原子是同一种元素，原子序数=质子数=核电荷数=核外电子数。

中子（neutron）

中子是原子中质量最大的亚原子粒子，自由中子的质量是电子质量的1838.683662(40)倍，为1.6749286(10)×10^-27kg。 中子和质子的尺寸相仿，均在2.5×10^-15m这一数量级，但它们的表面并没能精确定义。

中子由一个上夸克和两个下夸克组成，两种夸克的电荷相互抵销，所以中子不显电性，但，认为“中子不带电”的观点是错误的。

而对于某种特定的元素，中子数是可以变化的，拥有不同中子数的同种元素被称为同位素。中子数决定了一个原子的稳定程度，一些元素的同位素能够自发进行放射性衰变。

原子核核力（nuclear force）

原子核被一种强力束缚在线度为10^-15m的区域内。由于质子带正电，根据库仑定律，质子间的排斥作用本会使原子核爆裂，但，原子核中有一种力，把质子和中子紧紧束缚在一起，这种力就是核力。在一定距离内，核力远远大于静电力，克服了带正电的质子间的相互排斥。

核力的作用范围被称作力程，作用范围在2.5fm左右，最多不超过3fm，即，不能从一个原子核延伸到另一个原子核，因此，核力属于短程力。

核素（nuclide）

具有相同质子数和中子数的原子核称为核素，而用x轴表示质子数；用y轴表示中子数所得到的图像就被称为核素图，由图可以发现，在x∈{0，1，2，3，…，20}时，核素图上的函数近似y=x，但随着质子数的增加，质子间的库仑斥力明显增强，原子核需要比往常更多的中子数维持原子核的未定，在x∈{21，22，23，…，112}时，函数近似为y=1.5x，中子数大于质子数。

结合能（energy of the nucleus）

在原子核中，将核子从原子核中分离做功消耗的能量，被称为结合能。实验发现，任一原子核的质量总是小于其组成核子的质量和（这一差值被称为质量亏损），因此，结合能可以由爱因斯坦质能方程

推算：

结合能=（原子核内所有质子、中子的静止质量和-原子核静止质量）×光速^2

平均结合能（binding e.o.t.n）

一个原子核中每个核子结合能的平均值被称作平均结合能，计算公式为：

每个核子的平均结合能=总结合能÷核子数

平均结合能越大，原子核越难被分解成单个的核子。

①重核的平均结合能比中核小，因此，它们容易发生裂变并放出能量

②轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能小，因此，当轻核发生聚变时会放出能量。

原子的范德华半径是指在分子晶体中，分子间以范德华力结合，如稀有气体相邻两原子核间距的一半。

原子和原子核公式总结

1.α粒子散射试验结果a)大多数的α粒子不发生偏转;(b)少数α粒子发生了较大角度的偏转;(c)极少数α粒子出现大角度的偏转(甚至反弹回来)

2.原子核的大小：10-15～10-14m，原子的半径约10-10m(原子的核式结构)

3.光子的发射与吸收：原子发生定态跃迁时,要辐射(或吸收)一定频率的光子:hν=E初-E末{能级跃迁｝

4.原子核的组成：质子和中子(统称为核子)， {A=质量数=质子数+中子数，Z=电荷数=质子数=核外电子数=原子序数〔见第三册P63〕｝

5.天然放射现象：α射线(α粒子是氦原子核)、β射线(高速运动的电子流)、γ射线(波长极短的电磁波)、α衰变与β衰变、半衰期(有半数以上的原子核发生了衰变所用的时间)。γ射线是伴随α射线和β射线产生的〔见第三册P64〕

6.爱因斯坦的质能方程:E=mc2{E:能量(J)，m:质量(Kg)，c:光在真空中的速度｝

7.核能的计算ΔE=Δmc2{当Δm的单位用kg时，ΔE的单位为J;当Δm用原子质量单位u时，算出的ΔE单位为uc2;1uc2=931.5MeV｝〔见第三册P72〕。

注：

(1)常见的核反应方程(重核裂变、轻核聚变等核反应方程)要求掌握;

(2)熟记常见粒子的质量数和电荷数;

(3)质量数和电荷数守恒,依据实验事实,是正确书写核反应方程的关键;

(4)其它相关内容:氢原子的能级结构〔见第三册P49〕/氢原子的电子云〔见第三册P53〕/放射性同位数及其应用、放射性污染和防护〔见第三册P69〕/重核裂变、链式反应、链式反应的条件、核反应堆〔见第三册P73〕/轻核聚变、可控热核反应〔见第三册P77〕/人类对物质结构的认识。

原子游戏

游戏简介

" 原子 " 主要流行于浙江嘉兴地区，是当地特有的一种牌类游戏。游戏打三副牌。由坐位相对的玩家相配合，游戏的方法是配合的双方要尽快将手中的牌出完，并赢取最多的分数。

名词解释

分数 牌中 5 、 10 、 K 为分数，其中 5 为 5 分， 10 、 K 为 10 分，三幅牌总计 300 分

刀 每次发牌前随机抽取的一张牌，上半局抽到王，则 3 为刀，下半局抽到王、分数，则 3 为刀

氢弹 8 张相同点数的牌，其中每种花色各两张，可以压任何牌

原子 三张相同花色，相同点数的牌，可以压除氢弹以外的任何；其中，刀原子最大，其次是大王原子，再次是小王原子，然后，依 此类推；同样大小的原子应该按黑红梅方的花色顺序比大小

炸弹 四张或四张以上点数相同的牌，五张比四张大，六张比五长大，依次类推

三连张 三张牌点相同的牌，三张牌的花色可以不同

对 两张牌点相同的牌，两张牌的花色可以不同

单张 可以是手中的任意一张牌

刀氢弹 由刀组成的氢弹

刀原子 由刀组成的原子

大小王 可以搭其他牌使用，组成对、三连张、炸弹，不可以和刀或其他牌组成原子、氢弹，作为王原子以外单独使用时当作 3。

王原子 由大、小王组成的原子

上游 牌局中第一个出完全部牌的人

下游 牌局中最后一个出完全部牌的人

双夹 上半局，一方都将牌出完，而另外一方的两家都没有出完，或另一方的分数没有达到 60 分

对家 游戏共由 4 位游戏者参与，左右方和上下方互相合作，对家为指互相合作的另一方，如左方的对家为右方，下方的对家为上方

游戏规则

牌型：

氢弹、原子、炸弹、三连张、对、单张。

牌型的大小：

本游戏的牌点由大到小排列为：刀、 2 、 A 、 K 、 Q 、 J 、 10 、 9 、 8 、 7 、 6 、 5 、 4 、 3 、（大王、小王都为 3 ）；

牌型大小为：

氢弹、原子、炸弹、三连张、对、单张；花色只对原子有效，大到小排列为：黑桃、红桃、梅花、方块；同一点数的原子按花色大小排列；炸弹及其以下的牌型中相同张数的刀是最大的，氢弹、原子可以压刀；三连张不可以压对、单张；对不可以压单张；炸弹可以压三连张、对、单张，炸弹不可以压刀。

发牌：

首先随机产生一张牌即为刀，上半局根据刀的点数算出第一个摸牌的人，其算法为：四个人分别就座于东南西北，分别编号为 1 、 2 、 3 、 0 ，刀的点数除 4 的余数即为第一个摸牌的人；下半局第一个摸牌的人是上半局上游的人。

出牌：

上半局第一个出牌的是摸到刀的人，下半局是上半局上游的人先出牌。对家为一伙，游戏者依次轮流出牌，后一家出的牌必须比 上家出的牌大，如没有可以弃权 (Pass) ；如果其他游戏者都 Pass ，则最后出牌的一方可以获得这一轮出的所有分数，并获得下 一轮的出牌权；直到某一对家双方手中牌全部出完而另一对家双方手中都有牌或三人手中牌全部出完；每轮第一个出牌者必须出牌。

接风：

当某个玩家出完最后一手牌后，一圈之内如果没有人要，则下一个出牌的是他的下家。

牌型说明范例：

氢弹 张相同点数的牌，其中每种花色各两张，可以压任何牌

原子 三张相同花色，相同点数的牌，可以压除氢弹以外的任何；其中，刀原子最大，其次是大王原子，再次是小王原子，然后，依 此类推；同样大小的原子应该按黑红梅方的花色顺序比大小

炸弹 四张或四张以上点数相同的牌，五张比四张大，六张比五长大，依次类推

三连张 三张牌点相同的牌，三张牌的花色可以不同

对 两张牌点相同的牌，两张牌的花色可以不同

单张 可以是手中的任意一张牌

其他规则：

违规处理：

每轮第一个出牌者经过 30 秒读秒仍未出牌，作为违规处理，系统将随机抽取一张牌作为其出牌

逃跑处理：

逃跑者扣两倍对局分，另三个人不变。

计分：

按照对家双方的分数总和计算双方的得分。某一人取得上游，则对家赢得的分数可以记入该方的总分，下游的分数也归入取得上游的一方。如果上半局，一方都将牌出完，而另外一方的两家都没有出完，或另一方的分数没有达到 60 分，则双夹，即此局已结束；否则进行下半局，上下局分数相加，如果上半局取得上游一方得分达到 300 分，则此方获胜，另一方获胜需取得 305 分。

积分规则：

四个空手之间的一局的对局分为1分，双夹为2分；四个石块之间的一局对局分变化为2分，双夹为4分；以此类推，升高一级则一局的对局分为2的级别次方（详见下表），双夹则翻倍。如果四个玩家级别不同则以四个玩家中最低的一个级别的对局分记分。玩家从一个级别升级到上一个级别所需要的分数为本级别对局分的五倍。即空手到石块为5分，再到木棍为10分，以此类推。玩家升到上一级后积分为0分。如果降级则变为下一级对局分的五倍减去最后一盘的失分。

C语言

原子(atom)是一个指针，指向一个唯一的，不可变的序列，序列中包含零或多个字节。

原子相关专业术语:

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	原子量
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	原子结构
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18	valence,electron
	原子价电子
19	weight,atomic
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