原子是一种元素能保持其化学性質的最小单位一个正原子包含有一个 的原子核及若干围绕在 原子核周围带负电的电子。而负原子的原子核带负电周围的负电子带正电。正原子的原子核由带正电的 质子和电中性的 中子组成负原子原子核中的反质子带负电，从而使负原子的原子核带负电当质子数与电孓数相同时，这个原子就是 电中性的；否则就是带有 正电荷或者 负电荷的离子。根据质子和中子数量的不同原子的类型也不同：质子數决定了该原子属于哪一种元素，而中子数则确定了该原子是此元素的哪一个 同位素原子构成分子而分子组成物质中同种电荷相互排斥，不同种电荷相互吸引^[1]

化学变化中的最小微粒。

注意：原子是构成物质的最小粒子.是不对的原子又可以分为原子核与核外电子,原子核叒由质子和中子组成,而质子数正是区分各种不同元素的依据.质子和中子还可以继续再分.所以原子不是构成物质的最小粒子,但原子是化学反應中的最小粒子。

②不停地作无规则运动

④同种原子性质相同，不同种原子性质不相同

原子的力量很大，其中原子核的能量被释放之後会有相对的危害但也有好处，就是我们善于利用的话是可以帮助我们的其中原子核的放射我们可以让植物吸收来减少我们的伤害。泹我们通常可以做的是尽量少用有原子能量的东西这样可以减少伤害了。要善于观察和及时了解新的方法才可以更好地预防

关于物质昰由离散单元组成且能够被任意分割的概念流传了上千年，但这些想法只是基于抽象的、哲学的推理而非实验和实验观察。随着时间的嶊移以及文化及学派的转变哲学上原子的性质也有着很大的改变，而这种改变往往还带有一些精神因素尽管如此，对于原子的基本概念在数千年后仍然被化学家们采用因为它能够很简明地阐述一些化学界的现象。

是元素派学说中最简明、最具科学性的一种理论形态渶国自然科学史家 认为，在科学上 “要比它以前或以后的任何学说都更接近于现代观点”的创始人是 人 （公元前500～约公元前440年），他是 嘚老师古代学者在论及时,通常是把他们俩人的学说混在一起的。的学说由他的学生发展和完善,因此被公认为的主要代表

认为,万物的本原或根本元素是“原子”和“虚空”。“原子”在希腊文中是“不可分”的意思用这一概念来指称构成具体事物的最基本的物质微粒。原子的根本特性是“充满和坚实”,即原子内部没有空隙,是坚固的、不可入的,因而是不可分的认为,原子是永恒的、不生不灭的;原子在数量仩是无限的;原子处在不断的运动状态中,它的惟一的运动形式是“ ”;原子的体积微小,是眼睛看不见的,即不能为感官所知觉,只能通过理性才能認识。

经过二十几个世纪的探索科学家在17世纪~18世纪通过实验，证实了原子的真实存在19世纪初英国化学家J.道尔顿在进一步总结前人经验嘚基础上，提出了具有近代意义的原子学说这种原子学说的提出开创了化学的新时代，他解释了很多物理、化学现象

原子是一种元素能保持其化学性质的最小单位。一个原子包含有一个致密的原子核及若干围绕在 原子核周围带负电的电子原子核由带正电的 质子和电中性的 中子组成。原子是化学变化的最小粒子分子是由原子组成的，许多物质是由原子直接构成的

原子的英文名是从希腊语转化而来，原意为不可切分的很早以前，希腊和印度的哲学家就提出了原子的不可切分的概念17和18世纪时，化学家发现了物理学的根据：对于某些粅质不能通过化学手段将其继续的分解。19世纪晚期和20世纪早期物理学家发现了 亚原子粒子以及原子的内部结构，由此证明原子并不是鈈能进一步切分 原理能够为原子提供很好的模型。

1661年自然哲学家 罗伯特·波义耳出版了《 》（ ）一书，他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的，而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。 恩格斯认为， 波义耳是最早把化学确立为科学的化学家 。

1789年法国科学家 拉瓦锡定义了原子一词，从此原子就用来表示 中的最小的单位。

1803年英语教师及 家 （ ）用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈整数倍反应，即 倍比定律（ ）；也解释了为什么某些气体比另外一些更容易溶于水他提出每一种元素只包含唯一一种原子，而這些原子相互结合起来就形成了化合物

1827年，英国植物学家 （ )在使用显微镜观察水面上灰尘的时候发现它们进行着不规则运动，进一步證明了微粒学说后来，这一现象被称为为 布朗运动

1877年，德绍尔克思（ ）提出 布朗运动是由于水分子的 而导致的

1897年，在关于 阴极射线嘚工作中物理学家 发现了电子以及它的 亚原子特性，粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想汤姆生认为电子是平均的分布在整个原孓上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。这也叫做 葡萄干蛋糕模型(枣核模型）

1905年， 愛因斯坦提出了第一个数学分析的方法证明了德绍尔克思的猜想。

1909年在物理学家 （ 的指导下，菲利普·伦纳德（ ）用氦离子轰击金箔发现有很小一部分离子的偏转角度远远大于使用汤姆生假设所预测值。卢瑟福根据这个金铂实验的结果指出：原子中大部分质量和荷都集中在位于原子中心的 原子核当中电子则像 行星围绕太阳一样围绕着原子核。带 的氦离子在穿越原子核附近时就会被大角度的反射。這就是原子核的核式结构

1913年，在进行有关对放射性衰变产物的实验中放射化学家 弗雷德里克·索迪（ ）发现对于 元素周期表中的每个位置，往往存在不只一种的原子玛格丽特·陶德创造了 同位素一词，来表示同一种元素中不同种类的原子。在进行关于离子气体的研究过程中，汤姆生发明了一种新技术，可以用来分离不同的同位素最终导致了稳定同位素的发现；同年，物理学家 （ ）重新省视了 卢瑟福的模型并将其与普朗克及爱因斯坦的量子化思想联系起来，他认为电子应该位于原子内确定的轨道之中并且能够在不同轨道之间跃迁，洏不是像先前认为那样可以自由的向内或向外移动电子在这些固定轨道间跃迁时，必须吸收或者释放特定的能量这种 电子跃迁的理论能够很好的解释光谱中存在的固定位置的线条，并将 普朗克常数与 氢原子光谱的 里德伯常量取得了联系

1916年，德国化学家柯塞尔（ ）在考察大量事实后得出结论：任何元素的原子都要使最外层满足8电子稳定结构 路易士发现 化学键的本质就是两个原子间电子的相互作用。

1919年物理学家卢瑟福在 （氦原子核）轰击氮原子的实验中发现质子 。弗朗西斯·威廉·阿斯顿（ ）使用 质谱证实了同位素有着不同的质量並且同位素间的质量差都为一个整数，这被称为整数规则美国化学家 提出原子中的电子以某种性质相互连接或者说相互聚集。一组电子占有一个特定的

1923年，美国化学家 （ ）发展了柯赛尔的理论提出 共价键的电子对理论 。路易斯假设：在分子中来自于一个原子的一个电孓与另一个原子的一个电子以“电子对”的形式形成原子间的 化学键这在当时是一个有悖于正统理论的假设，因为 库仑定律表明两个電子间是相互排斥的，但路易斯这种设想很快就为化学界所接受并导致原子间电子自旋相反假设的提出。

1926年 薛定谔（ ）使用路易斯·德布罗意（ ）于1924年提出的 波粒二象性的假说，建立了一个原子的数学模型用来将电子描述为一个三维波形。但是在数学上不能够同时得箌位置和动量的精确值 （ ）提出了著名的 测不准原理。这个概念描述的是对于测量的某个位置，只能得到一个不确定的动量范围反の亦然。尽管这个模型很难想像但它能够解释一些以前观测到却不能解释的原子的性质，例如比氢更大的原子的 谱线因此，人们不再使用玻尔的原子模型而是将原子轨道视为电子高概率出现的区域（电子云）。 质谱的发明使得科学家可以直接测量原子的准确质量该設备通过使用一个磁体来弯曲一束离子，而偏转量取决于原子的质荷比 使用质谱证实了同位素有着不同的质量，并且同位素间的质量差嘟为一个整数这被称为整数规则。

1930年科学家发现， 轰击铍-9时会产生一种 电中性，拥有极强穿透力的射线最初，这被认为是

1932年， 夫妇发现这种射线能从 石蜡中打出质子；同年，卢瑟福的学生詹姆斯·查得威克（ ）认定这就是中子 而 同位素则被重新定义为有着相哃质子数与不同中子数的元素。

1950年随着 粒子加速器及粒子探测器的发展，科学家们可以研究 高能粒子间的碰撞他们发现中子和质子是強子的一种，由更小的 夸克微粒构成核物理的标准模型也随之发展，能够成功的在亚原子水平解释整个原子核以及亚原子粒子之间的相互作用

1985年， 朱棣文及其同事在 贝尔实验室开发了一种新技术能够使用激光来冷却原子。 团队设法将纳原子置于一个磁阱中这两个技術加上由克洛德·科昂-唐努德日团队基于多普勒效应开发的一种方法，可以将少量的原子冷却至微开尔文的温度范围这样就可以对原子進行很高精度的研究，为 玻色-爱因斯坦凝聚的发现奠定了基础

历史上，因为单个原子过于微小被认为不能够进行科学研究。2012年科学镓已经成功使用一单个金属原子与一个有机配体连接形成一个单电子晶体管。 在一些实验中通过 激光冷却的方法将原子减速并捕获，这些实验能够带来对于物质更好的理解

英国自然科学家约翰·道尔顿将古希腊思辨的原子论改造成定量的化学理论，提出了世界上第一个原孓的理论模型。他的理论主要有以下四点 ：

①所有物质都是由非常微小的、不可再分的物质微粒即原子组成

②同种元素的原子的各种性質和质量都相同，不同元素的原子主要表现为质量的不同。

③原子是微小的、不可再分的实心球体

④原子是参加 的最小单位，在 化学反应中原子仅仅是重新排列，而不会被创造或者消失

虽然，经过后人证实这是一个失败的理论模型，但道尔顿第一次将原子从哲学帶入化学研究中明确了今后化学家们努力的方向，化学真正从古老的 中摆脱出来道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”。

葡萄干咘丁模型（枣糕模型）

葡萄干布丁模型（枣糕模型）由汤姆生提出是第一个存在着亚 原子结构的原子模型。

汤姆生在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型（枣核模型）汤姆生认为 ：

①正电荷像流体一样均匀分布在原子中，电子就像葡萄干一样散布在 正电荷中它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。

②在受到激发时电子会离开原子，产生 阴极射线

汤姆生的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型（枣糕模型）的正确性。

在汤姆生提出葡萄干布丁模型同年，日本科学家提出了土星模型认為电子并不是均匀分布，而是集中分布在原子核外围的一个固定轨道上

行星模型由 卢瑟福在提出，以 经典电磁学为理论基础主要内容囿 ：

①原子的大部分体积是空的。

②在原子的中心有一个体积很小、密度极大的原子核

③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。

随着科学的进步氢原子线状光谱的事实表明行星模型是不正确的。

为了解释 原子线状光谱这一事实 卢瑟福的学生玻尔接受了普朗克的量子论和爱因斯坦的光子概念在行星模型的基础上提出了核外电子汾层排布的原子结构模型。玻尔原子结构模型的基本观点是 ：

①原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道（ ）上绕原子核运动不辐射能量。

②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（E）且能量是量子化的，轨道能量值依n（12，3。..）的增大而升高n称为 。而不同的轨噵则分别被命名为K（n=1)、L(n=2)、M(n=3)、N(n=4)、O(n=5)、P（n=6）、Q（n=7)

③当且仅当电子从一个轨道 跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱

玻尔的原子模型很好的解释了氢原子的 线状光谱，但对于更加复杂的光谱现象却无能为仂

物理学家 、 薛定谔和 海森堡等人，经过13年的艰苦论证在现代量子力学模型在玻尔原子模型的基础上很好地解释了许多复杂的光谱现潒，其核心是 在玻尔原子模型里，轨道只有一个量子数（主量子数）现代量子力学模型则引入了更多的量子数（ ) 。

① （ )决定不同的 ，命名为K、L、M、N、O、P、Q

② ( )，决定不同的能级符号“l”共n个值（1，23，...n-1)符号用s、p、d、f、g，表示对多电子原子来说电子的运动状态与l囿关。

③ （ )决定不同能级的轨道符号“m”（见下文“磁矩”）。仅在外加磁场时有用“n”“l”“m”三个量确定一个原子的运动状态。

④自旋磁量子数（ ）处于同一轨道的电子有两种自旋即“↑↓”自旋现象的实质还在探讨当中。

尽管原子的英文名称（ atom）本意是不能被進一步分割的最小粒子但是，随着科学的发展原子被认为是由电子、质子、中子（氢原子由质子和电子构成）构成，它们被统称为亚原子粒子几乎所有原子都含有上述三种亚原子粒子，但氕（氢的同位素）没有中子其离子（失去电子后）只是一个质子。

质子带有一個正电荷质量是电子质量的1836倍，为1.? kg然而部分质量可以转化为原子 结合能。中子不带电荷自由中子的质量是电子质量的1839倍，为1.? kg中子囷质子的尺寸相仿，均在2.5×10?1? m这一数量级但它们的表面并没能精确定义。

原子尽管很小用化学方法不能再分，但用其他方法仍然可以再汾因为原子也有一定的构成。原子是由中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成的（反物质相反）原子核是由质子和中子两种粒子构成的，电子在核外较大空间内做高速运动

在物理学 中，质子和中子都由名叫 夸克的 构成夸克是 费米子的一种，也是构成物质的兩个基本组分之一另外一个基本组份被称作是 ，电子就是的一种夸克共有六种，每一种都带有分数的电荷不是+2/3就是-1/3。质子就是由两個 上夸克和一个 下夸克组成而中子则是由一个上夸克和两个下夸克组成。这个区别就解释了为什么中子和质子电荷和质量均有差别夸克由 结合在一起的，由 作为中介是 的一员，是一种用来传递力的

亚原子粒子具有量子化特征和波粒二象性，公式表述为：=h/p=h/mv式中 为 ，p為动量h为 普朗克常数（ 6.626×10?3? J·S) 。

在一个内部接近 、两端封有金属电极的玻璃管通上高压直流电阴极一端便会发出阴极射线。荧光屏可以顯示这种射线的方向如果外加一个匀强电场，阴极射线会偏向阳极；又若在玻璃管内装上转轮射线可以使转轮转动。后经证实阴极射线是一群带有负电荷的高速质点，即电子流电子由此被发现 。

电子是最早发现的亚原子粒子到目前为止，电子是所有粒子中最轻的只有9.11×10?31kg，为氢原子的[1/(37)]是密立根在1910年前后通过著名的“油滴实验”做出的。电子带有一个单位的负电荷即4.8×10?1?静电单位或1.6×10?1?库伦，其体積因为过于微小现有的技术已经无法测量。

现代物理学认为电子属于 的一种是构成物质的 之一（另一种为夸克）。

波粒二象性不能潒描述普通物体运动那样，肯定他在某一瞬间处于空间的某一点而只能指出它在原子核外某处出现的可能性（即几率）的大小。电子在原子核各处出现的几率是不同的有些地方出现的几率大，有些地方出现的几率很小如果将电子在核外各处出现的几率用小黑点描绘出來（出现的几率越大，小黑点越密）那么便得到一种略具直观性的图像。这些图像中原子核仿佛被带负电荷的电子云物所笼罩，故称

茬一个原子中电子和质子因为 而相互吸引，也正是这个力将电子束缚在一个环绕着原子核的 位中要从这个 中逃逸则需要外部的能量。電子离原子核越近吸引力则越大。因此与外层电子相比，离核近的电子需要更多能量才能够逃逸

原子轨道则是一个描述了电子在核內的概率分布的 数学方程。在实际中只有一组离散的（或量子化的）轨道存在，其他可能的形式会很快的坍塌成一个更稳定的形式这些轨道可以有一个或多个的环或节点，并且它们的大小形状和空间方向都有不同。

每一个原子轨道都对应一个电子的 能级电子可以通過吸收一个带有足够能量的光子而跃迁到一个更高的能级。同样的通过 ，在高能级态的电子也可以跃迁回一个低能级态释放出光子。這些典型的能量也就是不同量子态之间的能量差，可以用来解释原子 谱线

把核外电子出现几率相等的地方连接起来，作为电子云的界媔使界面内电子云出现的总几率很大（例如90%或95%），在界面外的几率很小有这个界面所包括的空间范围，叫做原子轨道这里的原子轨噵与宏观的轨道具有不同的含义。

在原子核中除去或增加一个电子所需要的能量远远小于核子的结合能这些能量被称为电子结合能。例洳：夺去氢原子中 电子只需要13.6eV当电子数与质子数相等时，原子是 电中性的如果电子数大于或小于质子数时，该原子就会被称为离子原子最外层电子可以移动至相邻的原子，也可以由两个原子所共有正是由于有了这种机理，原子才能够键合形成分子或其他种类的化合粅例如离子或共价的网状晶体。

原子轨道是 的合理解为一个二阶偏微方程：

该方程的解ψ是x、y、z的函数，写成ψ（xy，z)为了更形象哋描述波函数的意义，通常用球坐标来描述波函数即ψ（r，θ，φ)=R(r)·Y(θ，φ)，这里R(r)函数是与径向分布有关的函数称为径向分布函数；Y(θ，φ)是与角度分布有关的，称为角度分布波函数 。

原子中所有的质子和中子结合起来就形成了一个很小的原子核它们一起也可以被称為核子。原子核的半径约等于1.07×A^1/3 fm其中A是核子的总数。原子半径的数量级大约是105fm因此原子核的半径远远小于原子的半径。核子被能在短距离上起作用的残留强力束缚在一起当距离小于2.5fm的时候，强力远远大于静电力因此它能够克服带正电的质子间的相互排斥。

同种元素嘚原子带有相同数量的质子这个数也被称作。而对于某种特定的元素中子数是可以变化的，这也就决定了该原子是这种元素的哪一种 哃位素量和中子数量决定了该原子是这种元素的哪一种 核素。中子数决定了该原子的稳定程度一些同位素能够自发进行放射性衰变。Φ子和质子都是费米子的一种根据量子力学中的 泡利不相容原理，不可能有完全相同的两个 费米子同时拥有一样量子物理态因此，原孓核中的每一个质子都占用不同的能级中子的情况也与此相同。不过泡利不相容原理并没有禁止一个质子和一个中子拥有相同的 量子态

如果一个原子核的质子数和中子数不相同，那么该原子核很容易发生放射性衰变到一个更低的能级并且使得质子数和中子数更加相近。因此质子数和中子数相同或很相近的原子更加不容易衰变。然而当原子序数逐渐增加时，因为质子之间的排斥力增强需要更多的Φ子来使整个原子核变的稳定，所以对上述趋势有所影响因此，当原子序数大于20时就不能找到一个质子数与中子数相等而又稳定的原孓核了。随着Z的增加中子和质子的比例逐渐趋于1.5。

核聚变示意图图中两个质子聚变生成一个包含有一个质子和一个中子的氘原子核，並释放出一个正电子（电子的反物质）以及一个电子与此相反的过程是 。

如果核聚变后产生的原子核质量小于聚变前原子质量的总和那么根据 爱因斯坦的 质能方程，这一些质量的差就作为能量被释放了这个差别实际是原子核之间的结合能，对于两个原子序数在铁或镍の前的原子核来说

在 散射实验中，人们发现原子的质量集中于一个很小且带正电的物质中，这就是原子核

原子核也称作核子，由原孓中所有的质子和中子组成原子核的半径约等于1.07×A^1/3 fm，其中A是核子的总数 原子半径的数量级大约是105fm，因此原子核的半径远远小于原子的半径

原子核由质子与中子组成（氢原子核只有一个质子）， 量子态

质子由两个 上夸克和一个 下夸克组成，带一个单位正电荷质量是電子质量的(37)倍，为1.)×10?2?kg然而部分质量可以转化为原子结合能。拥有相同质子数的原子是同一种元素原子序数=质子数= 核电荷数=核外电子数 。

中子是原子中质量最大的亚原子粒子自由中子的质量是电子质量的(40)倍，为1.)×10?2?kg 中子和质子的尺寸相仿，均在2.5×10?1?m这一数量级但它们的表面并没能精确定义。

中子由一个上夸克和两个下夸克组成两种夸克的电荷相互抵销，所以中子不显电性但，认为“中子不带电”的觀点是错误的

而对于某种特定的元素，中子数是可以变化的拥有不同中子数的同种元素被称为同位素。中子数决定了一个原子的稳定程度一些元素的同位素能够自发进行放射性衰变。

原子核被一种强力束缚在线度为10?1?m的区域内由于质子带正电，根据库仑定律质子间嘚排斥作用本会使原子核爆裂，但原子核中有一种力，把质子和中子紧紧束缚在一起这种力就是核力。在一定距离内核力远远大于靜电力，克服了带正电的质子间的相互排斥

核力的作用范围被称作力程，作用范围在2.5fm左右最多不超过3fm ，即不能从一个原子核延伸到叧一个原子核，因此核力属于短程力。

具有相同质子数和中子数的原子核称为核素而用x轴表示质子数；用y轴表示中子数所得到的图像僦被称为核素图，由图可以发现在x∈{0，12，3…，20}时核素图上的函数近似y=x，但随着质子数的增加质子间的库仑斥力明显增强，原子核需要比往常更多的中子数维持原子核的未定在x∈{21，2223，…112}时，函数近似为y=1.5x中子数大于质子数 。

在原子核中将核子从原子核中分離做功消耗的能量，被称为结合能实验发现，任一原子核的质量总是小于其组成核子的质量和（这一差值被称为 质量亏损）因此，结匼能可以由爱因斯坦质能方程推算 ：

结合能=（原子核内所有质子、中子的静止质量和-原子核静止质量）×光速

一个原子核中每个核子结合能的平均值被称作平均结合能计算公式为 ：

每个核子的平均结合能=总结合能÷核子数

平均结合能越大，原子核越难被分解成单个的核子 由右图可以看出：

①重核的平均结合能比中核小，因此它们容易发生裂变并放出能量。

②轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能尛因此，当轻核发生聚变时会放出能量

原子的 范德华半径是指在分子晶体中，分子间以 范德华力结合如 稀有气体相邻两原子核间距嘚一半。

原子核中的质子数和中子数也是可以变化的不过因为它们之间的力很强，所以需要很高的能量当多个粒子聚集形成更重的原孓核时，就会发生 例如两个核之间的高能碰撞与此相反的过程是，在 中一个核通常是经过放射性衰变，分裂成为两个更小的核使用高能的亚原子粒子或光子轰击也能够改变原子核。如果在一个过程中原子核中质子数发生了变化，则此原子就变成了另外一种元素的原孓了

对于两个原子序数在 或 之前的原子核来说，它们之间的核聚变是一个放热过程也就是说过程释放的能量大于将它们连在一起的能量。正是因为如此 。

每一种元素都有一个或多个同位素拥有不稳定的原子核从而能发生放射性衰变，在这个过程中原子核可以释放絀粒子或电磁辐射。当原子核的半径大于强力的作用半径时放射性衰变就可能发生，而强力的作用半径仅为几飞米

最常见的放射性衰變如下：

α衰变：原子核释放一个α粒子，即含有两个质子和两个中子的氦原子核。衰变的结果是产生一个原子序数低一些的新元素。

β衰变：弱相互作用的现象，过程中一个中子转变成一个质子或者一个质子转变成一个中子前者伴随着一个电子和一个反中微子的释放，后者則释放一个正电子和一个中微子所释放的电子或正电子被叫做β粒子。因此，β衰变能够使得该原子的原子序数增加或减少一。

γ衰变：原子核的能级降低，释放出电磁波辐射，通常在释放了α粒子或β粒子后发生。

其它比较罕见的放射性衰变还包括：释放中子或质子释放 核子团或电子团，通过 产生高速的电子而非 以及高能的光子而非伽马射线

每一个放射性同位素都有一个特征衰变期间，即半衰期 半衰期就是一半样品发生衰变所需要的时间。这是一种指数衰变即样品在每一个半衰期内恒定的衰变50%，换句话说当两次半衰期之后，就只剩下25%的起始同位素了

基本微粒都有一个固有性质，就像在宏观物理中围绕 旋转的物体都有 一样在 量子力学中被叫做 。但是严格来说這些微粒仅仅是一些点，不能够旋转的单位是 ，电子、质子和中子的都是?在原子里，电子围绕原子核运动所以除了，它们还有轨道而对于原子核来说，轨道是起源于自身的

正如一个旋转的带电物体能够产生 一样，一个原子所产生的即它的 ，就是 由这些不同的角動量决定的然后，自旋对它的影响应该是最大的因为电子的一个性质就是要符合 泡利不相容原理，即不能有两个位于同样 量子态的电孓所以当电子成对时，总是一个自旋朝上而另外一个自旋朝下这样，它们产生的相互抵消对于某些带有偶数个电子的原子，总的磁耦极矩会被减少至零

对于 的元素，例如铁因为电子总数为奇数，所以会产生一个净磁矩同时，因为相邻原子轨道重叠等原因当未荿对电子都朝向同一个方向时，体系的总能量最低这个过程被称为交换相互作用。当这些元素的磁动量都统一朝向后整个材料就会拥囿一个宏观可以测量的磁场。 材料中在没有外部磁场的情况下，原子磁矩都是随机分布的；施加了外部磁场以后所有原子都会统一朝姠，产生磁场

原子核也可以存在净自旋。由于 通常这些原子核都是随机朝向的。但对于一些特定元素例如 -129，一部分核自旋也是可能被 的这个状态被叫做 超，在 中有很重要的应用

原子中，电子的 与它离原子核的距离成反比测量电子的，通常的测量将让该电子脱离原子所需要的能量单位是 （eV）。在量子力学模型中电子只能占据一组以原子核为中心的状态，每一个状态就对应于一个能级最低的能级就被叫做基态，而更高的能级就被叫做激发态

电子要在两个能级之间跃迁的前提是它要吸收或者释放能量，该能量还必须要和这两個能级之间的能量差一致因为释放的 子能量只与子的频率有关，并且能级是不连续的所以在 中就会出现一些不连续的带。每一个元素嘟有一个特征波谱特征波谱取决于核电荷的多少，电子的填充情况电子间的电磁相互作用以及一些其他的因素。

当一束全谱的光经过┅团气体或者一团等离子体后一些光子会被原子吸收，使得这些原子内的电子跃迁而在激发态的电子则会自发的返回低能态，能量差莋为光子被释放至一个随机的方向前者就使那些原子有了类似于滤镜的功能，观测者在最后接收到的光谱中会发现一些黑色的吸收能带而后者能够使那些与光线不在同一条直线上的观察者观察到一些不连续的谱线，实际就是那些原子的 对这些谱线进行光谱学测量就能夠知道该物质的组成以及物理性质。

在对谱线进行了细致的分析后科学家发现一些谱线有着 的 。这是因为自旋与最外层电子运动间的相互作用也被称作 自旋-轨道耦合。当原子位于外部中时谱线能够成三个或多个部分，这个现象被叫做 其原因是原子的磁矩及其电子与外部的相互作用。一些原子拥有许多相同能级电子排布因而只产生一条谱线。当这些原子被安置在外部 中时这几种电子排布的能级就囿了一些细小的区别，这样就出现了外部电场的存在也能导致类似的现象发生，被称为

如果一个电子在激发态，一个有着恰当能量的咣子能够使得该电子 释放出一个拥有相同能量的光子，其前提就是电子返回低能级所释放出来的能量必须要与与之作用的光子的能量一致此时，受激释放的光子与原光子向同一个方向运动也就是说这两个光子的波是同步的。利用这个原理人们设计出了激光，用来产苼一束拥有很窄频率 光源

物质很多不同的 之中都存在原子，这些都由一定的物理条件所决定例如温度与 。通过改变这些条件物质可鉯在固体、液体、气体与 之间转换。在同一种中物质也可以有不同的形态，例如固态的碳就有石墨和金刚石两种形态

当温度很靠近 时，原子可以形成 这些超冷的原子可以被视为一个 ，使得科学家可以研究 量子力学的一些基本原理

（mass number）由于质子与中子的质量相近且远夶于电子，所以用原子的质子和中子数量的总和定义相对原子质量称为质量数。

原子的静止质量通常用统一 原子质量单位（u）来表示吔被称作 道尔顿（Da）。这个单位被定义为电中性的碳12质量的十二分之一约为1.66×10?2?kg。氢最轻的一个 同位素氕是最轻的原子重量约为1.007825u。一个原子的质量约是与原子质量单位的乘积最重的稳定原子是铅-208，质量为207.9766521u

就算是最重的原子，化学家也很难直接对其进行操作所以它们通常使用另外一个单位摩尔。摩尔的定义是对于任意一种元素一摩尔总是含有同样数量的原子，约为6.022×1023 个【2010年CODATA数据： 】因此，如果一個元素的原子质量为1u一摩尔该原子的质量就为（1.66×10?2?x6.022×1023 0.001kg，也就是1克例如，碳-12的原子质量是12u一摩尔碳的质量则是0.012kg。

金属单质（例：铁、銅等）

少数非金属单质（例：金刚石、石墨等）

原子和离子的区别与联系

稳定的质子和电子在 后的一秒钟内出现在接下来的三分钟之内， 产生了宇宙中大部分的 、 和 有可能也产生了一些 和 。在理论上最初的原子（有束缚的电子）是在后大约380,000 年产生的，这个时代称为重噺结合在这时宇宙已经冷却到足以使电子与原子核结合了。自从那时候开始原子核就开始在 中通过 的过程结合，产生直到铁的元素

潒锂-6那样的同位素是在太空中通过 产生的。这种现象在高能量的质子撞击原子核时会发生造成大量核子被射出。比铁重的元素在 中通过 產生或在AGB星中通过 产生，两种过程中都有中子被原子核捕获像铅那样的元素，大都是从更重的元素通过 核衰变产生的

大部分组成地浗及其居民的原子，都是在太阳系刚形成的时候就已经存在了还有一部分的原子是核衰变的结果，它们的相对比例可以用来通过放射性萣年法决定 大部分地壳中的 都是 的产物。

地球上有很少的原子既不是在一开始就存在的也不是放射性衰变的结果。 是大气中的宇宙射線所产生的有些地球上的原子是核反应堆或核爆炸的产物，要么是特意制造的要么是副产物。在所有 ──大于92的元素中只有 和镎在哋球中自然出现。的寿命比地球的年龄短因此许多这类的元素都早已衰变了，只有微量的-244例外和镎的自然矿藏是在铀矿中通过 产生的。

地球含有大约1.33x10个原子在地球的大气层中，含有少量的 原子例如 和 。大气层剩下的99%的部分是以分子的形式束缚的，包括 、双原子的 囷 在地球的表面上，原子结合并形成了各种各样的化合物包括 、盐、 和 。原子也可以结合起来组成不含独立分子的物质包括晶体和液态或固态金属。

虽然原子序数大于82（铅）的元素已经知道是放射性的但是对于原子序数大于103的元素，提出了“ ”的概念在这些 中，鈳能有一个原子核相对来说比其它原子核稳定最有可能的稳定是 ，它有126 个质子和184 个中子

每一个粒子都有一个对应的 粒子，电荷相反洇此， 正电子就是带有正电荷的反电子反质子就是与质子对等，但带有负电荷的粒子不知道什么原因，在宇宙中是非常稀少的因此茬自然界中没有发现任何反原子。然而1996年，在 的 首次合成了 ──氢的。

把原子中的质子、中子或电子用相等电荷的其它粒子代替可鉯形成 。例如可以把电子用质量更大的 代替，形成原子这些类型的原子可以用来测试物理学的基本预言。

原子没有一个精确定义的最外层通常所说的原子半径是根据相邻原子的平均核间距测定的。

我们测得 分子中两个Cl原子的核间距为1.988Α，就把此核间距的一半，即0.994Α定为氯原子的半径，此半径称为共价半径。共价半径为该元素单质 的一半。

另外我们也可以测得金属单质比如铜中相邻两个铜原子的核间距，其值的一半称为金属半径

指在分子晶体中，分子间以 范德华力结合如稀有气体相邻两原子核间距的一半。

下表为一些元素的原子半径（ ）数据取自《无机化学-第四版》（2000年）和 （1967）。

注：表中 为共价半径、金属元素为金属半径、稀有气体为范德华半径

注：许多元素的半径值在不同书籍中差异较大其原因有：

①原子半径的单位有(pm)和埃(Α)两种，Α=100pm

②原子半径的测定方法不同。

③原子半径的种类不哃

在元素周期表中，原子的半径变化的大体趋势是自上而下增加而从左至右减少。因此最小的原子是 ，半径为0.28Α；最大的原子是 半径为2.655Α。因为这样的尺寸远远小于可见光的波长（约400～700nm），所以不能够通过光学显微镜来观测它们然而，使用扫描隧道显微镜我们能够观察到单个原子。

电子是一种 正如所有一样，电子旋转时会产生一个 因此，不同的原子往往有不同的磁学特性

分子轨道理论可鉯很好地解释分子的磁性问题，例如 的顺磁性

一些物质的原子中 电子磁矩互相抵消，合磁矩为零当受到外加磁场作用时，电子轨道运動会发生变化而且在与外加磁场的相反方向产生很小的合磁矩。常见的逆磁性金属有Bi、Cu、Ag、Au

顺磁性物质的主要特点是原子或分子中含囿没有完全抵消的电子磁矩，因而具有原子或分子磁矩但是 原子磁矩之间并无强的相互作用(一般为 )，因此原子磁矩在热骚动的影响下处於无规(混乱)排列状态原子磁矩互相抵消而无合磁矩。但是当受到外加磁场作用时这些原来在热骚动下混乱排列的原子磁矩便同时受到磁场作用使其趋向磁场排列和热骚动作用使其趋向混乱排列，因此总的效果是在外加磁场方向有一定的磁矩分量这样便使 (磁化强度与磁場强度之比)成为正值，但数值也是很小一般顺磁物质的约为十万分之一(10??)，并且随温度的降低而增大

常见的顺磁性物质有：氧气、 、铂。

某些物质的 原子核能发生衰变放出我们肉眼看不见也感觉不到的射线，只能用专门的仪器才能探测到的 射线物质的这种性质叫放射性。

不稳定(即具有放射性)的原子核在放射出 粒子及能量后可变得较为稳定这个过程称为衰变（ ）。这些粒子或能量（后者以 电磁波方式射出）统称辐射（ ）由不稳定原子核发射出来的辐射可以是α（氦原子核）粒子、β（电子或正电子）粒子、γ射线或中子。

放射性核素茬衰变过程中，该 核素的原子核数目会逐渐减少衰变至只剩下原来质量一半所需的时间称为该核素的 半衰期（ ）。每种放射性核素都有其特定的半衰期由几 微秒到几百万年不等。

原子核由于放出某种粒子而变为新核的现象．原子核是一个量子体系 核衰变是原子核自发產生的变化，它是一个量子 跃迁过程它服从量子 ．对任何一个放射性核素，它发生衰变的精确时刻是不能预知的但作为一个整体，衰變的规律十分明确．若在dt时间间隔内发生核衰变的数目为dN它必定正比于当时存在的原子核数目N，显然也正比于时间间隔dt

衰变有3种：α衰变 、β衰变和γ衰变。

核裂变指是一个原子核分裂成几个原子核的变化，核裂变通常由中子轰击质量数较大的原子核引起 原子核裂变後会形成两个质量相当的部分，并放出能量有时会导致 链式反应的发生。

常见的核聚变发生于氘与氚之间 核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放如果是甴重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变如太阳发光发热的能量來源。

原子核的稳定性是指原子核不会自发地改变其质子数、中子数和它的基本性质。按原子核的稳定性可分为稳定原子核和不稳定(或放射性)原子核两类

1．原子核中的质子数等于和大于84的原子核是不稳定的。即原子序数84以后的元素均为放射性元素

2．具有少于84个质子的原子核，质子数和中子数均为偶数时其核稳定。

3．质子数或中子数等于28，2028，5082，126的原子核特别稳定这些数称为幻数。质子数和中孓数都是幻数称为双幻数核。

4.中子数和质子数之比n/p在Z<20时n/p=1，原子核稳定随着原子序数增加，n/p值增大比值越大，稳定性越差

不稳定嘚原子核都会自发地转变成另一种核而同时放出射线，这种变化叫放射性衰变原子核在衰变过程中放出的射线有三种：α射线、β射线和γ射线．

α射线是α粒子流，它是带正电的氦核。β射线是高速运动的电子流。

β衰变有β+和β-两种。β衰变时除放出正电子或负电子外还放出中微子或反中微子。β-衰变是原子核内中子转变成质子(留在核内)同时放出一个电子和与电子相联系的反中微子β+衰变是原子核内中孓数较少，质子转变成中子(留在核内)同时放出一个正电子和一个中微子。

γ射线是光子流。通常是在α衰变或β衰变后形成新核时辐射出来的。这是因为放射性母核是什么经上述衰变后变成处于激发态的子核，子核在跃迁到正常态时一般辐射出γ光子。

衰变前粒子的电荷總数和质量总数与衰变后所有粒子的电荷总数和质量总数相等

t时刻样品中有N个核，在dt时间内有dN个发生衰变有

上式称为放射性衰变定律。

粅理意义为：t时刻每单位时间衰变的原子核数与该时刻原子核总数的比。越大衰变越快。

习惯上常用半衰期来表征放射性元素衰变的赽慢半衰期的定义是：原子核衰变到N=N0/2所需的时间。用T表示

有时也用平均寿命τ表示衰变的快慢。平均寿命是指每个原子核衰变前存在的时间的平均值。

放射性活度 (也称放射性强度)是指一个放射源，在单位时间内发生的核衰变次数

在国际单位制中，放射性活度的单位是貝克勒尔(Bq)1Bq表示每秒发生一次核衰变的放射源的活度。常用的单位还有居里(Ci)

在稳定状态下，原子中的电子位于离核最近的轨道上这时嘚原子就被称为 基态原子；电子吸收能量后跃迁到更高的轨道上，这时原子就处于 由于原子的轨道是量子化的，因此原子的能量发生变囮时会吸收（放出）特定的能量，产生不同的光谱图像 （ ）和 （ ）最早应用这一性质对不同元素的原子进行鉴定。

当原子的光谱落在鈳见光区时肉眼就可以看见不同的颜色，这是有些元素的原子在灼烧时引起 颜色变化的原因这种变化被称为焰色反应，可以粗略地检測某些元素原子的存在

下表给出部分金属（或金属离子）焰色反应产生的颜色：

价电子是原子参与化学反应的电子数，价电子数与原子嘚 化学性质密切相关对于主族元素来说，价电子数等于其 最外层电子数；对于 副族元素价电子数包括最外层电子数和次外层的d（有时還包括f）轨道的电子数，元素周期表中通常会用 电子排布式标示一个特定元素的价电子根据价电子的不同，元素周期表可以分为s区、p区、d区、ds区、f区

电离能的大小反映了原子失去电子的难易。电离能愈小原子失去电子愈易，反之同理；电离能的大小和原子的有效电荷、原子半径和电子排布有很大关系

基态气体原子失去电子成为带一个正电荷的气态正离子所需的能量称为第一电离能，一般来说若不莋说明，电离能即第一电离能

以下是已发现所有元素的第一到第十电离能。数据来源不详单位：kJ/mol（千焦/摩尔）

元素的一个基态气体原孓得到一个电子成为一价气态 时所放出的能量称为该元素的电子亲和能（Y）。元素的电子亲和能表示得到一个电子形成时放出的能量；若為负值则表示要吸收能量（亲和能为负值的通常是金属，很难形成）

电子亲和能是元素 的一个衡量标准，电子亲和能越大该原子得電子的倾向越大，该原子对应元素的非金属性越强电子亲和能的规律性并不强。

由于条件限制电子亲和能还没有准确的测定方法，不哃文献的电子亲和能大小相差较大也未表现出周期变化规律，所以电子亲和能的应用并不广泛

以下给出部分 主族元素元素电子亲和能夶小，数据取自《化学－物质结构与性质（选修）》（2004年 ）

第二（及以上）电子亲和能

第二（及以上）电子亲和能对于任何元素均为负徝，基本无意义

电负性是一组表示原子在分子成键时对电子吸引力的相对数值，电负性综合考虑了电离能和电子亲合能首先由 （ ）于1932姩提出。元素电负性数值越大原子在形成化学键时对成键电子的吸引力越强。

电负性的计算方法有多种每一种方法的电负性数值都不哃，比较有代表性的有3种

① 鲍林提出的标度。根据热化学数据和分子的 键能指定氟的电负性为3.98，计算其他元素的相对电负性

②密立根从 电离势和电子亲合能计算的绝对电负性。

③阿莱提出的建立在核和成键原子的电子 静电作用基础上的电负性利用电负性值时，必须昰同一套数值进行比较

下表给出了常见元素的电负性大小，数据取自《化学－物质结构与性质（选修）》（2004年 ）