1. 原子的构成
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原子的构成
在化学反应中,原子的种类和个数都保持不变,所以说原子是化学反应中的最小微粒。那末,原子是不是绝对不能再分了呢?科学实验已经证明: 原子不但可以再分,而且具有复杂的构成。所有的原子,都由带正电荷的、位于原子中央的原子核和带负电荷的高速运动着的核外电子构成。不同的原子,原子核不同。最简单的原子核就是一个质子,一般的原子核由若干个质子和中子构成。如下表所示:
微粒名称 |
质量 (克) |
单位电荷数 |
构成规律 |
||
---|---|---|---|---|---|
原子 |
核外电子 |
9.110 × 10-28 |
-1 |
外电子数,所以原子整体上呈电中性 |
|
原子核 |
质子 |
1.673 × 10-24 |
+1 |
||
中子 |
1.675 × 10-24 |
0 |
元素和元素符号
- 元素
前面所讲到的氢原子和氧原子是不同类的原子,科学上是根据什么对原子进行分类的呢?是根据原子的核电荷数即原子核中的质子数对原子进行分类的。化学上把具有相同核电荷数的同一类原子总称为某元素,即元素是具有相同核电荷数的一类原子的总称。同种元素具有相同的化学性质。
运用元素的概念,根据水、氢气和氧气的分子构成,我们可以说:水中和氢气中都含有氢元素,水中和氧气中都含有氧元素,水由氢、氧两种元素组成。
由于氢气中氢元素的原子没有跟其它元素的原子相结合,氧气中氧元素的原子也没有跟其它元素的原子相结合,而水中氢元素的原子与氧元素的原子相互结合着,所以,水和氢气或氧气的性质截然不同,决不能说“水由氢气和氧气组成”或“水中含有氢气和氧气”。
【问题讨论】
自然界中并存着核内质子数和中子数都是 6 的“碳-12”的原子以及少量核内质子数为 6、中子数为 7 的“碳-13”的原子。为什么它们都属于碳元素?已经发现的百余种元素在自然界里的分布并不均匀。从整个宇宙来看,
含量最丰富的元素是氢和氦,太阳几乎全由氢和氦组成。地壳(包括大气) 里所含各种元素的质量百分比见图 2-7。其中最多的氧元素广泛存在于大气、水、土壤、岩石中,仅次于氧的硅元素则大量存在于土壤和岩石中。
有些元素在地壳中只含量很少,例如,按质量百分比,在地壳中只含碳元素 0.087%、氢元素 0.76%、氮元素 0.03%,但它们却较多地存在于生物体中,如果没有这些元素,地球上的一切生物都将不复存在。
- 元素符号
在国际上,现在统一采用元素的拉丁文名称的第一个大写字母来表示该元素。如果几种元素名称的第一个字母相同时,则再附加一个小写字母来区别。例如,用 Carbonium 中的 C 表示碳元素,用 Chlorinium 中的 Cl 表示氯元素。像 C、Cl 这样的符号称为元素符号。
下面列出一些常见元素的符号及其名称①:
元素名称 |
符号 |
元素名称 |
符号 |
元素名称 |
符号 |
元素名称 |
符号 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
氢 |
H |
氩 |
Ar |
铝 |
Al |
溴 |
Br |
氦 |
He |
碳 |
C |
钾 |
K |
银 |
Ag |
氮 |
N |
硅 |
Si |
钙 |
Ca |
碘 |
I |
氧 |
O |
磷 |
P |
锰 |
Mn |
钡 |
Ba |
氟 |
F |
硫 |
S |
铁 |
Fe |
金 |
Au |
氖 |
Ne |
钠 |
Na |
铜 |
Cu |
汞 |
Hg |
氯 |
Cl |
镁 |
Mg | 锌 | Zn |
铅 |
Pb |
元素符号既表示某种元素,也可以表示某种元素的一个原子。
【选学】 人体中的元素
地壳中天然存在的许多元素都能在人体内找到。其中占人体质量 0.01% 以上的元素叫做“常量元素”;占人体质量 0.01%以下的元素叫做“微量元素”。下表中列出的 11 种常量元素构成了人体质量的 99.45%以上,可见其生理功能的重要性。
元素在人体中的含量(%)
元素 |
人体中的含量(%) |
元素 |
人体中的含量(%) |
元素 |
人体中的含量(%) |
---|---|---|---|---|---|
O |
65.00 |
Ca |
1.50 |
Na |
0.15 |
C |
18.00 |
P |
1.00 |
Cl |
0.15 |
H |
10.00 |
K |
0.35 |
Mg |
0.05 |
N |
3.00 |
S |
0.25 |
人体缺少常量元素和某些微量元素,都会发生病变。有些元素如铅、镉、汞等进入人体能引起中毒,这些元素称为有毒元素。必须通过保护环境、控制污染、减少与有毒元素的接触,来防止有毒元素超过允许量进入人体而导致中毒。
原子量
原子的质量很小。例如已精确测得每个核内有 6 个质子和 6 个中子的碳
-12 的原子,其质量只有 1.9926786×10-26 千克。显然,用千克或克这样的常用质量单位来表示原子的质量是不合适的。因此,现在国际上统一规定以碳-12 的原子的质量的 1/12 作为原子相对质量的标准,其它原子的质量跟它
① 气态非金属元素的名称都有“气”字头,液态非金属元素的名称有“氵”旁,固态非金属元素的名称都有“石”字旁,金属元素的名称都有金字旁(汞除外)。对 1968 年以后发现的新元素,已另用该元素的原子核中的质子数即核电荷数来命名,如核电荷数为 104、105 的元素分别命名为“一○四”和“一○五”。
比较所得的数值,就是这种原子的原子量。原子量不同于原子质量,它只是一种比值,是没有单位的。例如,氢元素原子的质量为碳-12 原子质量的
1.0079
12 倍,则氢元素的原子量为1.0079,氧元素原子的质量为碳- 12原子质
量的 15.994 倍,则氧元素的原子量为15.994。各种元素的原子量详见本书
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附录①。