原子与亚原子粒子
IB 化学 HL· 主题 1.1:物质微粒性质导论· 15 分钟阅读
1. 亚原子粒子的性质★☆☆☆☆⏱ 5 min
原子
保留元素所有化学性质的最小单位。原子由致密带正电的原子核,以及核外带负电的电子云构成。
粒子 | 相对质量 | 相对电荷 | 位置 |
|---|---|---|---|
质子 | 1 | +1 | 原子核 |
中子 | 1 | 0 | 原子核 |
电子 | 1/1836 | -1 | 原子核外电子云 |
比较质子和电子的相对质量与相对电荷。
- 1
从表中回忆每种粒子的相对性质:
- 2
- 3
回忆电子的性质:
- 4
- 5
结论:质子的质量约是电子的1836倍,电荷大小相等,电性相反。
2. 核素符号与粒子计数★★☆☆☆⏱ 6 min
核素符号
特定原子种类的标准表示方法,其中 = 原子序数(质子数), = 质量数(质子+中子总数), = 元素的化学符号。
对于中性原子,质子数等于电子数,因此净电荷为零。对于带电离子,电子数与质子数不同:带正电的阳离子失去电子,带负电的阴离子得到电子。离子形成过程不会改变质子数和中子数。
求离子中的质子、中子和电子数。
- 1
从符号中提取数值:(质子数),(质量数),电荷 = -1
- 2
质子数 = = 17(一种元素的质子数永远不变)
- 3
中子数按计算:
- 4
- 5
对于-1电荷,质子数加1得到电子数:电子数 = 17 + 1 = 18
- 6
最终结果:17个质子,18个中子,18个电子
测试你的理解:
中有多少个电子?
10
12
14
24
显示答案
10 —正确:个质子,+2电荷意味着12 - 2 = 10个电子。电荷仅改变电子数。
3. 同位素及其性质★★☆☆☆⏱ 4 min
同位素
同一种元素的原子,原子序数(质子数)相同,但质量数不同(中子数不同)。
同一种元素的同位素化学性质相同,因为化学反应性由电子数决定,所有同位素的电子数都相同。由于质量不同,它们的物理性质(如质量、密度、沸点、熔点)不同。部分同位素具有放射性(放射性同位素),在医学、考古学和工业中有应用。
比较碳的两种常见同位素碳-12和碳-14的亚原子组成和性质。
- 1
碳的原子序数永远是,因此两种同位素都有6个质子。
- 2
计算各自的中子数:碳-12(A=12)有12 - 6 = 6个中子;碳-14(A=14)有14 - 6 = 8个中子。
- 3
两者都是中性,因此都有6个电子。
- 4
性质比较:化学性质完全相同。物理性质不同:碳-14更重且具有放射性,碳-12稳定。
4. 常见陷阱
错误做法:
不管电荷多少,都将原子序数Z作为所有物种的电子数。
原因:
只有中性原子的质子数和电子数相等。离子得到或失去电子,改变了电子数。
正确做法:
对于+n阳离子:电子数 = Z - n。对于-n阴离子:电子数 = Z + n。质子数永远等于Z。
错误做法:
将中子数算成Z - A而非A - Z。
原因:
质量数A是质子和中子的总和,因此永远大于原子序数Z。这个错误会得到负的中子数。
正确做法:
中子数 = 质量数 (A) 减 原子序数 (Z):。
错误做法:
声称同一种元素的同位素化学性质不同。
原因:
化学反应性由电子排布决定,同一种元素的同位素电子排布完全相同。
正确做法:
同位素的化学性质完全相同,仅质量、密度这类物理性质不同。
错误做法:
将元素周期表中的平均相对原子质量用作特定核素的质量数A。
原因:
相对原子质量是元素所有同位素的加权平均值,通常不是整数。质量数是单个核素的核子总数,永远是整数。
正确做法:
仅使用题目中给出的特定核素的质量数,不要使用元素周期表中的平均值。
5. 速查表
物理量 | 计算方法 | 离子规则 |
|---|---|---|
质子数 | 等于Z(原子序数) | 电荷不改变 |
中子数 | A - Z | 电荷不改变 |
电子(中性原子) | 等于Z | 不适用 |
电子(+n阳离子) | Z - n | 减去电荷值 |
电子(-n阴离子) | Z + n | 加上电荷大小 |
6. 常见问题
同位素的化学性质相同吗?
是的。化学反应性由电子数决定,同一种元素的同位素电子数相同。只有质量、密度这类物理性质不同。
如何计算中子数?
中子数 = 质量数 () 减 原子序数 ():。电荷不影响中子数。
真题中的出现
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下一步
本主题是IB化学HL中所有原子结构和化学键概念的基础。你将以此核心理解为基础,探索原子模型的历史发展,之后学习质谱法如何分离同位素并计算平均相对原子质量。掌握亚原子粒子计数和核素符号对IB化学所有后续主题(包括化学计量比、化学键、核化学)都至关重要,这一基础内容经常在Paper 1和Paper 2考试中考察。
