原子的基本性质

2016/10/14 13:39:32

质量

质量数（mass number）

由于质子与中子的质量相近且远大于电子，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。

相对原子质量

原子的静止质量通常用统一原子质量单位（u）来表示，也被称作道尔顿（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1.66×10-27kg。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质量数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。

摩尔（mole）　

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6.022×10^23个。因此，如果一个元素的原子质量为1u，一摩尔该原子的质量就为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。

半径

原子半径

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。

共价半径

我们测得氯气分子中两个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键长的一半

金属半径

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。

范德华半径

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。

部分元素的原子半径表

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

元素 氢 氦 锂 铍 硼 碳 氮 氧 氟 氖
半径 37 122 152 111 88 77 70 66 64 160
元素 钠 镁 铝 硅 磷 硫 氯 氩 钾 钙
半径 186 160 143 117 110 104 99 191 227 197
元素 钪 钛 钒 铬 锰 铁 钴 镍 铜 锌
半径 161 145 132 125 124 124 125 125 128 133
元素 镓 锗 砷 硒 溴 氪 铷 锶 钇 锆
半径 122 122 121 117 114 198 248 215 181 160
元素 铌 钼 锝 钌 铑 钯 银 镉 铟 锡
半径 143 136 136 133 135 138 144 149 163 141
元素 锑 碲 碘 氙 铯 钡 

半径 141 137 133 217 265 217 

原子半径的周期规律

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，最小的原子是氢，半径为0.28Α；最大的原子是铯，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。

磁性

电子是一种带电体，正如所有带电体一样，电子旋转时会产生一个磁场，因此，不同的原子往往有不同的磁学特性。

分子轨道理论可以很好地解释分子的磁性问题，例如氧气的顺磁性。

逆磁性

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，电子轨道运动会发生变化，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

顺磁性物质的主要特点是原子或分子中含有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(一般为交换作用)，因此原子磁矩在热骚动的影响下处于无规(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。这样便使磁化率(磁化强度与磁场强度之比)成为正值，但数值也是很小，一般顺磁物质的磁化率约为十万分之一(10-5)，并且随温度的降低而增大。

常见的顺磁性物质有：氧气、一氧化氮、铂。