原子序数与质量数Atomic Number and Mass Number

大思想 · 结构与性质(SAP)AP 科学实践 5 · 数学运算AP 衔接 · Unit 1约 20 分钟

学习目标

  • 说出原子序数和质量数的含义:Z = 质子数,A = 质子数 + 中子数
  • 读写形如 ²³₁₁Na 的原子符号,由它算出质子数、中子数和电子数
  • 用质子数给“元素”下准确的定义

前置知识

  • 原子的结构:质子、中子、电子(1.3.2)

每种元素的“编号”

元素周期表上,每种元素都有一个编号:氢是 1,碳是 6,氧是 8,钠是 11。这个编号不是随便排的,它就是原子核里的质子数。

周期表还没学,先照着查: 元素周期表 1.4.2 节才正式学。现在只要知道:它把所有元素按编号排成一张表,每一格写着元素的编号、符号和名称。本课要查的元素都列在下面,遇到“查元素周期表”时,照着这张表查就行:

编号符号名称编号符号名称
1H氢13Al铝
6C碳15P磷
7N氮16S硫
8O氧17Cl氯
9F氟20Ca钙
10Ne氖26Fe铁
11Na钠

原子序数

原子序数atomic number用 Z 表示,它等于原子核里的质子数。在原子中:

原子序数=核电荷数=质子数=核外电子数\text{原子序数} = \text{核电荷数} = \text{质子数} = \text{核外电子数}

质子数决定了原子属于哪种元素:质子数为 6 的原子一定是碳原子,质子数为 8 的一定是氧原子。所以 1.2.6 节里“元素”的定义可以说得更准确:

元素是质子数(即核电荷数)相同的一类原子的总称。

质量数

质子和中子的相对质量都约为 1,电子的质量可以忽略,所以把质子数和中子数加起来,就能大致知道一个原子有多重。这个和叫做质量数mass number,用 A 表示。中子数用 N 表示:

A=Z+NA = Z + N

原子符号

把质量数写在元素符号的左上角、原子序数写在左下角,就能准确地表示一种原子:

ZAX例如X1123X211223Na{}^{A}_{Z}\text{X} \qquad \text{例如} \qquad \ce{^{23}_{11}Na}

X1123X211223Na\ce{^{23}_{11}Na} 表示:质子数 11,质量数 23,中子数 23 − 11 = 12,核外电子数 11。这种原子也可以写成“钠-23”。原子符号是高中化学和 AP 化学的常用写法,现在就认识它,后面会轻松很多。

先自己算,再点“核对”:

练一练:填出空格里的数,再点“核对”
粒子质子数中子数电子数质量数
X11X2121H\ce{^{1}_{1}H}
X612X26212C\ce{^{12}_{6}C}
X816X28216O\ce{^{16}_{8}O}
X1123X211223Na\ce{^{23}_{11}Na}
X1327X213227Al\ce{^{27}_{13}Al}
X2040X220240Ca\ce{^{40}_{20}Ca}
磷原子1531
硫原子1632

再用搭原子工具,按原子符号把原子搭出来:

动手试试:增减质子、中子、电子,搭一个原子
质子
中子
电子

挑战:搭出下面的粒子(搭对了会打勾)
X714X27214N\ce{^{14}_{7}N}X919X29219F\ce{^{19}_{9}F}X1020X210220Ne\ce{^{20}_{10}Ne}X1123X211223Na\ce{^{23}_{11}Na}

示意图,不按比例:真实的原子核直径只有原子的十万分之一左右。

例题 1:读原子符号

X1735X217235Cl\ce{^{35}_{17}Cl} 的原子中,质子数、中子数、核外电子数各是多少?

分步解析
  1. 读左下角。 原子序数 Z = 17,所以质子数 = 17。
  2. 读左上角。 质量数 A = 35,所以中子数 N = A − Z = 35 − 17 = 18。
  3. 核外电子数。 原子不显电性,核外电子数 = 质子数 = 17。

例题 2:写原子符号

某原子的原子核里有 26 个质子和 30 个中子。它是什么元素?写出它的原子符号。

分步解析
  1. 定元素。 质子数 = 原子序数 = 26,查元素周期表(本课开头的表),26 号元素是铁(Fe)。
  2. 算质量数。 A = Z + N = 26 + 30 = 56。
  3. 写符号。 质量数写在左上角,原子序数写在左下角:X2656X226256Fe\ce{^{56}_{26}Fe},也可以写成“铁-56”。

常见误区

误区 1:“质量数 = 质子数 + 电子数。” 质量数是原子核里质子数和中子数之和。电子的质量太小,不算在质量数里。

误区 2:把上下两个数写反。 左上角是质量数 A(大),左下角是原子序数 Z(小)。记住:质量数总是不小于原子序数。

误区 3:“中子数决定元素种类。” 决定元素种类的是质子数。中子数不同的同种元素的原子,仍然是同一种元素(下节课的同位素)。

即时小测

X1327X213227Al\ce{^{27}_{13}Al} 原子的中子数是?

决定元素种类的是原子的?

小结

  • 原子序数 Z = 核电荷数 = 质子数 = 原子的核外电子数;质子数决定元素种类。
  • 质量数 A = 质子数 Z + 中子数 N,电子不计入。
  • 原子符号 ZAX{}^{A}_{Z}\text{X}:左上角是质量数,左下角是原子序数。
  • 元素是质子数(核电荷数)相同的一类原子的总称。
通往 AP(以后再看)

AP U1.5 和 U1.2 默认你熟悉原子符号:看到 X1737X217237Cl\ce{^{37}_{17}Cl} 要立刻说出 17 个质子、20 个中子。AP 题目也常把原子序数和周期表上的位置联系起来,推出元素的性质。

练一练这一章:模块 3 · 微观世界:原子与分子 · 10 道题

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