萬事萬物都由原子構成，但原子是什么？又是如何運作的？

原子是什么？

原子是所有物質的基本組成單位。但原子是什么，它們是如何像構造建筑一樣組成物質呢？

原子序數

所有的物質都由原子組成。一個原子有一個由質子和中子組成并且被零或多個電子環繞的核心。為了把原子分類，我們需要知道它有多少質子、中子以及電子。

原子的質子數決定了它是哪種元素。例如氧原子總是有8個質子。碳原子總是有6個質子。金原子總有79個質子。如果你看過元素周期表，大概就會知道元素是按照它的質子數排列的。所以原子的質子數也叫作它的原子序數。

中子讓我看起來很胖嗎？

除了質子，原子核也含有中子。宇宙中每個碳原子含有6個質子，但中子數卻不一定相同。大多數碳原子（約98.9%）有6個中子。然而約1.1%的碳原子有7個中子。原子的質量取決于中子及質子的數量。所以一個有6個中子的碳原子的質量應該是12（因為碳原子總有6個質子）。

圖解：中子β衰變的費曼圖。經由一個W玻色子，中子衰變為一個質子，同時釋放出一個電子和一個反電子中微子。

質子數相同但中子數不同的原子稱為同位素。我們通常以質量來表示同位素。比如6個質子7個中子的碳原子叫做碳13。

正如我在有關輻射的那一集里提到的，有時原子原子核里中子的數量會超過原子的承載能力，這使原子變得不穩定，即不穩定同位素，又被稱為放射性同位素。它會因分裂成碎片從而分解，并以輻射的形式散發粒子和能量。這種分解被稱為放射性衰變。基于不同的原子，這種分解可在幾秒鐘或數千年的時間里發生。

圖解：α粒子的穿透力最小，一張紙可擋住。β粒子可由鋁屏蔽。伽瑪射線穿透力強，必須使用實質性的障礙，例如一層非常厚的鉛，但仍然未能完全阻擋。

隨性而不可預測的電子

原子最后的組成部分是電子。早在1900年，科學家們就認為電子像行星繞日公轉一樣在繞著原子核旋轉。但顯然電子不喜歡這樣被束縛，因為現在我們知道電子不是那么可預測的，事實上它們可以出現在任何自己想去的地方。

圖解：克魯克斯管實驗可以顯示出電子的粒子性質。如圖所示，從左往右直線移動的電子束，遇到一個十字形標靶，從而在真空管右面底端顯示出十字形陰影。

幸運的是，盡管有這些輕率的說法，電子還是可以把大部分時間花在原子核周圍被稱為原子軌道的特定區域。這些軌道有各種形狀，這取決于原子有多少個電子，以及其他一些因素。電子有點反社會，所以在一個給定的軌道上任何時刻都不能有兩個以上的電子。

圖解：閃電機制涉及電子或離子從云層向地面流動或從地面向云層流動。

原子的電子、質子數決定了它的電荷。每個質子帶一個正電荷，每個電子帶一個負電荷。所以各有6個質子、電子的凈電荷為零，如果原子不負責任的失去一個電子，那么它的正電荷將比負電荷多一個，那凈電荷將為-1或者+1。帶非零凈電荷的原子叫做離子。

原子的電子數和它的凈電荷數決定了原子的許多化學性質，例如它與另一個原子成鍵的可能性有多大，具體細節以后會討論！