原子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，原子結(jié)構(gòu)影響原子間的結(jié)合方式，而原子間結(jié)合的方式?jīng)Q定了材料的種類，不同材料有著不同的性能，同一材料經(jīng)過不同的加工工藝后也會有不同的性能，這些都歸結(jié)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，本文重講一下原子結(jié)構(gòu)（Atomic Structure）的相關(guān)知識。

原子雖然為構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，但原子并不是最小的微粒，具有復雜結(jié)構(gòu)。原子由原子核（質(zhì)子和中子）和電子構(gòu)成，電子繞核做不規(guī)則運動，形成的電子云模型。原子核內(nèi)有中子和質(zhì)子，體積很小，卻承擔了原子絕大部分的質(zhì)量。如圖1所示為原子結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖1

原子的原子序數(shù)（Atomic numbers）表示原子核中的質(zhì)子數(shù)（帶正電的粒子），在中性原子中，原子序數(shù)也等于電荷云中的電子數(shù)。所有元素都是根據(jù)周期表中的電子構(gòu)型分類的。

原子核的帶電情況如圖2所示：

圖2

質(zhì)子：每個質(zhì)子帶一個單位的正電荷

中子：不帶電，電中性

原子核（質(zhì)子+中子）：帶正電

核外電子：每個電子帶一個單位的負電荷

原子（原子核+核外電子）：不帶電，電中性

電子繞原子核在一定軌道上旋轉(zhuǎn)，核外電子的運動狀態(tài)由主量子數(shù) n、軌道動量量子數(shù) l、磁量子數(shù) m、自旋量子數(shù) ms 確定。量子數(shù)是原子中分配電子到離散能級的數(shù)。

每個電子所屬的能級由四個量子數(shù)決定：

主量子數(shù) n：K、L、M、N、O、P、Q、……

角量子數(shù) li：s、p、d、f、……

磁量子數(shù) m：2l + 1

自旋量子數(shù) ms：

隨著主量子數(shù)n值的增加，電子層按K、L、M、N、O…的順序排列，電子的能量逐漸升高、電子離原子核的平均距離也越來越大。如圖3所示有原子核，K、L、M、N殼層。

圖3

原子處于基態(tài)時，即原子的能量處于最低的狀態(tài),此時原子最穩(wěn)定，必須遵循如下原則：

圖4

全滿（s2、p6、d10、f14）

半滿（s1、p3、d5、f7）

全空（s0、p0、d0、f0）

圖5以氫原子為例，分析了電子排布，藍點只有一個填充電子。

圖5

第24號元素鉻Cr，若按各能級填充規(guī)則，其核外電子排布式應為1s22s22p63s23p63d44s2。但依據(jù)洪特規(guī)則可知3d能級填充5個電子時較穩(wěn)定，故其核外電子排布為1s22s22p63s23p63d54s1

圖6 為電子能量隨主量子數(shù)和次量子數(shù)變化情況。

圖6

元素的相對原子質(zhì)量是該元素的6.023×1023個原子（阿伏伽德羅數(shù)NA）的質(zhì)量，單位為克。

圖7

原子尺寸由原子半徑?jīng)Q定，影響原子半徑的因素有三個：一是核電荷數(shù)，核電荷數(shù)越多原子核對核外電子的引力越大（使電子向原核收縮），則原子半徑越??；當電子層數(shù)相同時，其原子半徑隨核電荷數(shù)的增加而減小；二是最外層電子數(shù)，最外層電子數(shù)越多半徑越大；三是電子層數(shù)（電子的分層排布與離核遠近空間大小以及電子云之間的相互排斥有關(guān)），電子層越多原子半徑越大。當電子層結(jié)構(gòu)相同時，質(zhì)子數(shù)越大，半徑越小。如圖7為原子及其離子的尺寸情況。

電負性是元素的原子在化合物中吸引電子的能力的標度。元素的電負性越大，表示其原子在化合物中吸引電子的能力越強。元素電負性數(shù)值越大，表示其原子在化合物中吸引電子的能力越強；反之，電負性數(shù)值越小，相應原子在化合物中吸引電子的能力越弱（稀有氣體原子除外）。

圖8

● 隨著原子序號的遞增，元素的電負性呈現(xiàn)周期性變化。

● 同一周期，從左到右元素電負性遞增，同一主族，自上而下元素電負性遞減。對副族而言，同族元素的電負性也大體呈現(xiàn)這種變化趨勢。因此，電負性大的元素集中在元素周期表的右上角，電負性小的元素集中在左下角。

● 電負性越大的非金屬元素越活躍，電負性越小的金屬元素越活潑。氟的電負性最大(4.0)，是最容易參與反應的非金屬；電負性最小的元素(0.79）銫是最活潑的金屬。

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