9.1 原子结构+核素+同位素

A. 原子的结构

a.原子的结构
  

注意

1.“相对质量”是指对 \(^{12}C\) 原子质量的 \(\frac{1}{12}\)（\(1.66 \times 10^{-27} \text{kg}\)）相比较所得的数值。
2.电中性的原子：核电荷数 \(=\) 质子数 \(=\) 核外电子数。

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b.质量数
  1.定义：原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加，所得的数值。
  2.符号：\(A\)
  3.计算：质量数(\(A\))=质子数(\(Z\))+中子数(\(N\))
  注：①质量数一定是整数。②质量数与原子的相对原子质量相近。
c.核外电子排布规律
  1.电子层的定义：在含有多个电子的原子里，电子分别在能量不同的区域内运动。把不同的区域简化为不连续的壳层，也称电子层。
  2.电子层的符号：以原子核为中心，从内到外分别用 \(n=1\)，\(2\)，\(3\)，\(4\)，\(5\)，\(6\)，\(7\) 或 \(K\)、\(L\)、\(M\)、\(N\)、\(O\)、\(P\)、\(Q\) 来表示电子层。
  

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  3.核外电子排布规律
  ①电子由内向外依次排布
  即能量由低到高依次排布，\(E(K) < E(L) < E(M) < E(N) < E(O) < E(P) < E(Q)\)，其中 \(E\) 表示能量]。
  ②原子核外第 \(n\) 层最多能容纳的电子数为 \(2n^2\)。
  ③最外层电子数不超过 8(若 \(K\) 层是最外层，则最多只有 2 个电子)，次外层电子数不超过 18。

注意

第n层最多能容纳的电子数为 \(2n^2\)，但是这不意味着一层只有填满了才能去填下一层（仅对于M层，K,L会填满之后再去下一层）。比如，K原子的四层分别为2-8-8-1，M层最多可以容纳18个，但是这里只有8个。

d.原子结构示意图 （以Na为例）
  1.用圆圈表示原子核；2.在圆圈中用“\(+Z\)”表示核电荷数；
  3.用弧线表示电子层；4.在弧线上注明每层的电子数。
  

注意

离子的结构示意图只需要在原子结构示意图基础上减少或增多最外层电子数即可。

e.微粒符号各数字的意义
  

注意

书写电荷数和化合价时，请注意符号和数值的先后顺序。

B.核素、元素、同位素

a.核素
  1.定义：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子叫做核素。
  2.表示：元素符号和质量数的组合即可表示核素，如 \(^1H\)、\(^4He\)、\(^{12}C\)、\(^{14}N\)、\(^{18}O\) 等。
b.元素
  质子数(或核电荷数)相同的同一类原子的总称。如 \(^1H\)、\(^2H\)、\(^3H\)、\(H^+\)、\(H^-\) 都是氢元素。
c.同位素
  1.定义：质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素(即同一元素的不同核素互称为同位素)。
  2.实例：① \(^1H\)(氕)、\(^2H\)(或 \(D\)，氘)、\(^3H\)(或 \(T\)，氚)互为同位素；② \(^{12}C\)、\(^{13}C\)、\(^{14}C\) 互为同位素。
  3.同位素的特征
  ①“六同”：质子数相同、核电荷数相同、核外电子数相同、同一种元素、在元素周期表同一个位置、化学性质几乎相同。
  ②“三不同”：中子数不同、质量数不同、物理性质有差异。 因此，要分离同位素，通常采用物理分离而非化学分离，如扩散法。
  4.作用
  ① \(^{14}C\) 测定一些文物的年代。
  ② \(^2H\) 和 \(^3H\) 可制造氢弹。
  ③ 利用放射性同位素释放的射线育种、给金属探伤、诊断和治疗疾病。
d.丰度 同位素中某核素在地壳中的个数百分含量。
e.元素的相对原子质量
  元素的相对原子质量 = 核素1的相对原子质量 × 核素1的丰度 + 核素2的相对原子质量 × 核素2的丰度 + …… ≈ 核素1的质量数 × 核素1的丰度 + 核素2的质量数 × 核素2的丰度 + ……。
f.元素、核素、同位素、同素异形体的辨析