万事万物都由原子构成，但原子是什么？又是如何运作的？

原子是什么？

原子是所有物质的基本组成单位。但原子是什么，它们是如何像构造建筑一样组成物质呢？

原子序数

所有的物质都由原子组成。一个原子有一个由质子和中子组成并且被零或多个电子环绕的核心。为了把原子分类，我们需要知道它有多少质子、中子以及电子。

原子的质子数决定了它是哪种元素。例如氧原子总是有8个质子。碳原子总是有6个质子。金原子总有79个质子。如果你看过元素周期表，大概就会知道元素是按照它的质子数排列的。所以原子的质子数也叫作它的原子序数。

中子让我看起来很胖吗？

除了质子，原子核也含有中子。宇宙中每个碳原子含有6个质子，但中子数却不一定相同。大多数碳原子（约98.9%）有6个中子。然而约1.1%的碳原子有7个中子。原子的质量取决于中子及质子的数量。所以一个有6个中子的碳原子的质量应该是12（因为碳原子总有6个质子）。

图解：中子β衰变的费曼图。经由一个W玻色子，中子衰变为一个质子，同时释放出一个电子和一个反电子中微子。

质子数相同但中子数不同的原子称为同位素。我们通常以质量来表示同位素。比如6个质子7个中子的碳原子叫做碳13。

正如我在有关辐射的那一集里提到的，有时原子原子核里中子的数量会超过原子的承载能力，这使原子变得不稳定，即不稳定同位素，又被称为放射性同位素。它会因分裂成碎片从而分解，并以辐射的形式散发粒子和能量。这种分解被称为放射性衰变。基于不同的原子，这种分解可在几秒钟或数千年的时间里发生。

图解：α粒子的穿透力最小，一张纸可挡住。β粒子可由铝屏蔽。伽玛射线穿透力强，必须使用实质性的障碍，例如一层非常厚的铅，但仍然未能完全阻挡。

随性而不可预测的电子

原子最后的组成部分是电子。早在1900年，科学家们就认为电子像行星绕日公转一样在绕着原子核旋转。但显然电子不喜欢这样被束缚，因为现在我们知道电子不是那么可预测的，事实上它们可以出现在任何自己想去的地方。

图解：克鲁克斯管实验可以显示出电子的粒子性质。如图所示，从左往右直线移动的电子束，遇到一个十字形标靶，从而在真空管右面底端显示出十字形阴影。

幸运的是，尽管有这些轻率的说法，电子还是可以把大部分时间花在原子核周围被称为原子轨道的特定区域。这些轨道有各种形状，这取决于原子有多少个电子，以及其他一些因素。电子有点反社会，所以在一个给定的轨道上任何时刻都不能有两个以上的电子。

图解：闪电机制涉及电子或离子从云层向地面流动或从地面向云层流动。

原子的电子、质子数决定了它的电荷。每个质子带一个正电荷，每个电子带一个负电荷。所以各有6个质子、电子的净电荷为零，如果原子不负责任的失去一个电子，那么它的正电荷将比负电荷多一个，那净电荷将为-1或者+1。带非零净电荷的原子叫做离子。

原子的电子数和它的净电荷数决定了原子的许多化学性质，例如它与另一个原子成键的可能性有多大，具体细节以后会讨论！