原子序與原子量:這些數字告訴你什麼
原子序是原子中的質子數,它告訴你這個原子是哪一種元素。質量數是質子數加上中子數。有了這兩個數字,你就能算出每一種粒子的數量:質子數和電子數都等於原子序,中子數等於質量數減去原子序。
原子序:元素的身分證號碼
每種元素都有自己的原子序,常用字母 Z 表示。它是該元素每個原子的原子核中的質子數。氫是 1,碳是 6,鐵是 26,金是 79。
原子序就像身分證號碼。任何有 26 個質子的原子都是鐵,任何有 27 個質子的原子都是鈷。改變質子數,就會變成另一種元素。
在週期表上,原子序是每個格子中的整數,通常位於上方。元素就是依照它從 1 到 118 依序排列的。
質量數:質子加中子
質量數以 A 表示,是原子核中質子和中子的總數。電子太輕了,所以不計入。
因為它計算的是粒子的個數,所以質量數永遠是整數。它常常出現在原子的名稱裡。有 26 個質子和 30 個中子的鐵原子稱為鐵-56。
原子量:格子裡的小數
每個格子裡的小數是原子量,也稱為原子質量。鐵的原子量是 55.845。它是該元素各原子的平均質量,單位是原子質量單位(u)。
它之所以是平均值,是因為大多數元素是由中子數不同的原子混合而成,這些原子稱為同位素。這就是原子量通常不是整數的原因。下一堂課會更詳細地說明同位素。
對於原子全都具有放射性的元素,例如鎝,週期表上通常改為顯示整數,如 98。那是該元素壽命最長的同位素之一的質量數。
如何求出質子、中子和電子的數量
對電中性原子來說,三條簡單的規則就能求出每一種粒子的數量。
質子數 = 原子序。電子數 = 原子序,因為電中性原子的電子數與質子數相同。中子數 = 質量數 − 原子序。
如果題目沒有給質量數,就把週期表上的原子量四捨五入到最接近的整數來使用。對於典型的原子,這個答案是不錯的估計,但不一定完全準確,因為原子量是平均值。
計算範例:鈉和鐵
鈉的原子序是 11,原子量是 22.99,四捨五入為 23。所以鈉原子有 11 個質子、11 個電子,以及 23 − 11 = 12 個中子。
鐵的原子序是 26,原子量是 55.845,四捨五入為 56。所以大多數鐵原子有 26 個質子、26 個電子,以及 56 − 26 = 30 個中子。
那離子呢?
離子是得到或失去電子的原子。它的質子數不會改變,所以原子序維持不變,但電子數就不再與質子數相符了。
陽離子是失去電子,陰離子是得到電子。Na⁺ 失去了一個電子,所以它有 11 − 1 = 10 個電子。氯的原子序是 17,所以得到一個電子的 Cl⁻ 有 17 + 1 = 18 個電子。
重點
- 原子序是質子數,它決定原子是哪一種元素。
- 質量數是質子數加中子數,永遠是整數。
- 每個格子中的原子量是該元素各同位素的平均值,所以通常是小數。
- 在電中性原子中,質子數和電子數都等於原子序。
- 中子數 = 質量數 − 原子序;若沒有給質量數,就把原子量四捨五入來估算。
自我檢測
三道關於這堂課的小測驗。
1. 氯的原子序是 17。每個氯原子有多少個質子?
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17 — 原子序就是質子數,所以每個氯原子都有 17 個質子。2. 鈉-23 原子的原子序是 11。它有多少個中子?
顯示答案
12 — 中子數等於質量數減去原子序,所以是 23 − 11 = 12。3. 氯離子 Cl⁻ 有多少個電子?