原子漫谈 江铭辉 五梦网
一、 前言：
在两千多年以前的中国春秋战国时期，我们中国的学术已经很发达。那时候孔子、孟子、老子、墨子、韩非子……诸子百家，各有各的见解。
一天，庄子与墨子发生了争论，庄子说，要是有一根一尺长的木棍，我今天把它折成两段，明天再把那半段再折成两段，后天又去把那半段再折成两段……这样一直折下去，即使折了三十万年，也没有完的时候，可以永远无限地折下去。
墨子可不同意庄子的看法，墨子说，不可能无限制地那样折下去，总有一定的限度，当折到构成物质的最小「微粒」时，就不能再折下去，墨子把它称作「端」，「端」就不能再折下去了。
谁对呢?
讨论:现代的科学证明物质不可能无限制地，分割下去。物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的。原子还可以再「折」吗？因为原子是由一些更小的粒子，「基本粒子」组成的。到了「基本粒子」，那就不能再「折」下去了，因为基本粒子不再是由更微小的粒子组成的。这些原子内的基本粒子包括有电子、质子及中子。
今日科学家将基本粒子分成二类，如电子质量较轻的，它不被束缚在原子核的称为轻子(lepton)，中子、质子质量较重，受到核力的作用，被束缚在原子核中，称为强子(hardron) ，今日物理学家相信强子是由更小称为夸克(quark)的基本粒子所构成，至于夸克是否由更小的基本粒子所构成，目前尚不清楚。
二、 原子与原子核的大小
科学家们已发现所有的物质都是由微细的质点称为「原子」所组成的，这个原子的大小约为10－10公尺，原子究竟有多小呢?我们作以下的比喻，使各位同学大概可了解原子的大小。那就是说:若把原子变成苹果般之大小，则苹果将会变成地球那么大，如图1。至于原子核，我们也可以将它与原子作比较，若把原子核放大到玻璃弹珠那样的大小，则原子就变成一座音乐厅那么大。
图1：原子之于苹果，犹如苹果之于地球。
原子核虽然比起原子体积那么小，但重量来说，原子核的重量却占整个原子的99.9%。
三、 原子的结构
如图2，原子可再细分为电子、质子和中子:这些粒子都非常小，直径不超过l0－15公尺，甚至或更小。这三种粒子中，电子是带负电的，质量只有质子的1837分之一，电子位于原子的最外围，不断的绕着由中子与质子组成的原子核运转，这好像太阳系里的行星绕太阳运转一般，有关原子的构造如图2。
质子：带正电，通常用┼表示。
中子：不正电，通常用○表示。
中子：带负电，通常用一表示。
图2：原子的结构
四、原子的共同特性
不同的原子有不同数目的电子、质子和中子，但是都具有下述一般性质:
1：大家都知道，相同电荷会互相排斥，不同电荷会互相吸引，但为什么许多同电荷的质子和中子会同时挤在一起，而不被排开，原来质子和中子被一强大而足以克服质子间巨大排斥的力量，而束缚在一起，这股力量就是所谓的强核力。
2：质子与电子带相同电量的电荷，但极性却相反，在一个中性的原子中，电子数及质子数是相同的。而中子不带电，但其质量比质子的质量稍大。
3：电子只能以某些特定的能阶绕行着原子核，这能阶也称为壳层，在正常情况下电子尽可能的填满最接近原子核的壳层，但是每一层能壳的电子数是受限的，例如第一壳层只能填满2个电子，第二层只能填满8个电子，第三层只能填满18个，(图3)
图3：电子只能以某些特定的能阶绕行着原子核，这能阶也称为壳层。
4：若电子以某种方式获得能量，如图4所示，它便会由原来的壳层跳到一个较高的空壳层上，这种情形便称为受激，之后电子会迅速跳回低壳层，这时它将失去能量，并发射出一光子。根据释出的能量不同，发射出来的光线可能是红外线、可见光、紫外线，或是X射线，失去的能量愈大，所辐射电磁波的波长愈短。
图4：电子由原来的壳层跳到一个较高的空壳层上，称为受激，之后电子会迅速跳回低壳层，这时它将失去能量，并发射出一光子。
五、元素与原子
自然界的物质是由90几种称为元素的物质所构成。而原子是任何元素的最小成分(如表)，在表中列出一些元素的名称与这些原子的化学符号。
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元素
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原子符号
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原子序
(质子数或电子数)
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氢
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H
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1
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氦
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He
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2
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锂
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Li
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3
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铍
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Be
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4
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硼
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B
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5
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……
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镭
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Ra
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88
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钍
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Th
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90
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铀
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U
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92
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表：各种不同元素及原子核中的质子数
此表同时也告诉我们不同的元素，在其原子核中有不同数量的质子，因此在轨道上也对应着不同数量的电子。在表中最轻的原子是氢原子，只有一个质子(因此也只有一个电子)，而最重的是铀，有92个质子。
质子数大于92（即铀元素）的元素称为超铀元素，它都是由人工核反应发现和制取的，至今发现的超铀元素有18种。超铀元素大都是不稳定的人造元素，它们的半衰期很短。
在图5中，我们以原子模型，解释氢(H)、氦(He)、铍(Be)三种元素的组成。
图5：氢原子(左)、氦原子(中)、铍原子(右)
在原子核中质子的数目称之为原子序或质子数，因为质子带的电量为+1单位，所以原子序告知了同一原子中原子核所带的电荷数，对中性原子而言，也决定了电子数。原子序也决定了一个原子的化学性质，亦即决定了它与其他原子结合的方式。
质子与中子因为是在原子核中发现的，所以合称为核子(nucleon)，在原子核中，质子和中子的总数称之为质量数或核子数。
若一元素的化学符号为X而原子量为A，原子数为Z，则此原子核的表示法即为：
例如，在图5的三种原子核便可表为
对每一种原子核。左上角与右下角的数目差(A－Z)，指出了在原子核中，中子的数目。例如，氢原子没有中子，而铍原子即有5个。
六、核种 (nuclides)和同位素 (isotopes)
有一些较特殊的元素在原子核中质子数相同但其中子数却不等，例如自然界中存在的锂元素便有两种形式，如图6中，一个具有3个中子，另一个具有4个中子;有3个中子的锂元素其质量数为6，4个中手的锂元素质量数为7，它们的符号表示为:
。
这些不同形式的同一元素，称之为同一核种，通常以质量数标示之，例如锂-6，锂-7。自然界中有许多元素是以这种混合的核种而存在的。
图6：锂－6；锂－7二同位素
具有相同原子序。但质量数不同的核种，称之为同位素。