什么是原子?

在1808年，著名的英国化学家、物理学家和气象学家约翰·道尔顿发表了他的理论原子．当时，道尔顿的理论很快解开了许多无法解释的化学现象。因此，该理论成为化学的理论基础。道尔顿原子理论的假设如下。

• 一切物质都是由微小的、不可分割的、不可摧毁的粒子——原子构成的。
• 同一种元素的所有原子都有相同的性质，但与其他元素的原子不同。
• 不同元素的原子结合在一起形成化合物。
• 化学反应只不过是这些原子的重新排列。
• 原子不能以任何方式产生或毁灭。

道尔顿的理论有一些缺陷;今天我们知道原子是可以被摧毁的。同样，一些相同元素的原子在质量(同位素)上也有所不同。这个理论也不能解释同素异形体的存在。

但在现代，原子的概念是建立在综合了原子的优点之上的卢瑟福的原子模型和玻尔的原子模型．一切物质都是由原子构成的。所有原子都是由，

1. 核
2. 电子

原子的原子核

原子核位于原子的中心。原子核的直径约为整个原子直径的1/10000。几乎整个原子的质量都集中在原子核里。原子核本身由两种粒子组成，

1. 质子
2. 中子

质子

质子是带正电荷的粒子。每个质子的电荷是1.6 × 10^-19年库仑。一个原子的原子核中的质子数代表了原子的原子数。

中子

中子不带任何电荷。意思是，中子是电中性粒子。每个中子的质量等于质子的质量。
由于质子带正电，所以原子核带正电。在任何物质中，原子的重量和放射性都与原子核有关。

电子

电子是存在于原子中的带负电荷的粒子。每个电子的电荷是- 1.6 × 10^{- 19}库仑。这些电子围绕着原子核。下面列出并解释了一些关于原子中电子的事实，

• 如果一个原子有相同数量的质子和电子，那么这个原子就是电中性的，因为电子的负电荷中和了质子的正电荷。
• 电子在壳层中围绕原子核旋转(也称为轨道)。
• 带正电的原子核对带负电的电子产生吸引力。这种引力作为电子围绕原子核旋转所需的向心力起作用。
• 靠近原子核的电子与原子核结合得很紧密，从原子中拉出(移出)这些电子比从远离原子核的电子要困难。
• 铝原子的结构如下图所示-

• 把电子从轨道上移走需要一定的能量。将电子从第一轨道上移走所需要的能量比将电子从外层轨道上移走所需要的能量要多得多。这是由于原子核对第一轨道电子所产生的引力远大于对外轨道电子所产生的引力。同样，将电子从第二轨道移走所需的能量将比第一个轨道要少，而比第三个轨道要大。因此，我们可以说，轨道上的电子与一定的能量有关。因此，轨道或壳层也被称为能级。
• 能级用字母K、L、M、N等表示。其中，K是离原子核最近的轨道，具有最低的能级。相反，最外层轨道的能级最高。
• 任何能级的最大电子数是' 2n²’，其中n为整数，表示“主量子数”。对于不同能级，n的值和最大电子数如下表所示

Sl。不。	能级或轨道(壳层)	主量子数n	最大电子数(2n2）
1	K	1	2×12= 2
2	l	2	2×22= 8
3.	米	3.	2×32= 18
4	N	4	2×42= 32

• 上式(2n²)用于确定任何壳层中电子的最大数目，但有一定的局限性。最外层(最高能级)的电子数不能超过8。例如，我们考虑一个钙原子，它有20个电子围绕它的原子核旋转。根据上述规则的公式即2n²在K能级有2个电子，在L能级有8个电子，在L能级有10个电子平衡。但是最外层的电子不能超过8。因此，M能级将有8个电子，平衡时2个电子将进入下一个能级，即2个电子将进入N能级。钙原子的电子构型如图-所示

• 最外层能级的电子称为“价电子”。“价电子”的最大可能数目是8。如果最外层轨道上的电子数是8，这个原子就稳定了。这种物质的原子最外层(轨道)自然有8个电子，它不与其他物质发生反应。惰性气体，如氦、氖、氩、氪等，已经完全充满了外壳，因此不会与其他物质发生反应。
• 原子的“价电子”与原子核松散地结合在一起，可以通过不同的方法(如加热、施加电压等)释放/移走。
• “价电子”形成了把物质原子结合在一起的键。材料的大部分性质是由这些材料中的键决定的。
• 每个主壳层(能级)又细分为亚壳层。这些亚能级被称为轨道。这些亚壳层/轨道由s、p、d、f等表示，并与之对应量子数， l = 0,1, 2, 3, 4，....(n-1)等。任意主壳层的亚壳层数等于主量子数n。任何主壳层的电子容量都可以通过加亚壳层的电子容量来确定。亚壳层的最大电子容量由公式2(2l +1)决定。子壳的承载力见下表-

Sl。不。	亚层	量子数(左)	亚壳层的电子容量 2 (2 l + 1)
1	年代	0	2(2 × 0 + 1) = 2
2	p	1	2(2 × 1 + 1) = 6
3.	d	2	2(2 × 2 + 1) = 10
4	f	3.	2(2 × 3 + 1) = 14

• 第一层即K层有主量子数1和一个s轨道，因此s轨道记为1s。
• 第二层，也就是L层，有主量子数2，有一个s轨道和一个p轨道，分别记为2s和2p。
• 第三层，也就是M层，有主量子数3，有一个s，一个p，和一个d轨道，分别记为3s 3p, 3d，以此类推。
• 这里我们有另一件事要记住，s轨道有一个亚轨道，每个亚轨道最多可以包含两个电子。p轨道有3个亚轨道d轨道有5个亚轨道。
• 能量较低的亚轨道先被填满，然后是更高的轨道被填满。在低轨道填满之前，就没有任何机会填满任何高轨道或亚轨道。

如果我们看一看下面的例子，就会清楚了。

铝的原子结构有13个电子

铜的原子结构有29个电子

这里可以注意到3d轨道比4s轨道的能级更高

银的原子结构有47个电子

这里可以注意到3d轨道比4s轨道具有更高的能级，同样4d轨道比5s轨道具有更高的能级。

现代原子理论

现代原子理论只是比道尔顿理论稍微进化了一点。现代原子理论又称量子理论．的概念波粒二象性这里就有了。它说，被认为是粒子的电子有时会表现得像波。所以一个原子的原子核被概率云包围着。这些云是电子最有可能存在的地方。这些云的大小和形状可以用波浪方程计算出来。