原子的结构：质子、中子、电子Inside the Atom: Protons, Neutrons, Electrons

原子还能再分吗？

上节课说，原子是化学变化中的最小粒子。可是到了 19 世纪末，科学家发现原子里还藏着更小的粒子：先是带负电的电子，后来是原子中心的原子核。原子并不是一个实心的小球，它有自己的内部结构（1.3.7 节会讲这段历史）。

原子的构成

• 原子
  • 原子核nucleus（位于中心，带正电）
    • 质子proton：每个带 1 个单位正电荷
    • 中子neutron：不带电
  • 核外电子electron：每个带 1 个单位负电荷，在原子核外很大的空间里运动

从表里可以读出三件事：

1. 原子不显电性。 在原子中，核电荷数 = 质子数 = 核外电子数。质子和电子所带的电荷数量相等、电性相反，正好抵消。
2. 原子的质量几乎全部集中在原子核上。 一个电子的质量只有质子的 $\frac{1}{1836}$ 左右，可以忽略不计。
3. 原子核非常小。 原子核的直径大约只有原子的十万分之一。打个比方：如果原子有一座体育场那么大，原子核只有体育场中央的一只蚂蚁那么大。原子里绝大部分是空的。

另外，不是所有原子都有中子：最常见的氢原子，原子核里只有 1 个质子。

极大和极小的数

原子世界里的数小得惊人，写成小数要数半天的 0。这时要用科学计数法：

动手搭原子

用下面的工具增减质子、中子和电子，观察：改变哪一种粒子会让元素变成另一种？电荷怎样计算？再试着完成下面的挑战：

你会发现：质子数决定这是哪种元素；改变中子数，元素不变，只是原子变重或变轻（1.3.4 节的同位素）；改变电子数，原子会带上电荷，变成离子（1.3.6 节）。

例题 1：氧原子带不带电？

一个氧原子的原子核里有 8 个质子和 8 个中子。它有几个核外电子？原子核带多少电荷？整个原子呢？

例题 2：原子比原子核大多少？

原子的直径约为 $1 \times 10^{-10}$ m，原子核的直径约为 $1 \times 10^{-15}$ m。原子的直径是原子核的多少倍？

常见误区

即时小测

小结

• 原子由带正电的原子核和带负电的核外电子构成；原子核由质子和中子构成（最常见的氢原子没有中子）。
• 在原子中，核电荷数 = 质子数 = 核外电子数，所以原子不显电性。
• 质子、中子的相对质量都约为 1，电子约为 1/1836，原子的质量几乎都集中在原子核上；原子核很小，原子里大部分是空的。
• 科学计数法 $a \times 10^n$（$1 \le a < 10$）适合表示原子世界里极小的数；相乘指数相加，相除指数相减。