质子、中子和电子
上一节我们知道原子内部有一个极小而致密的原子核，核外电子在广阔的空间里运动。但原子核究竟由什么构成？电子又有哪些独特的性质？科学家花费了数十年，才一一揭开这三种粒子的真实面貌。它们是构成原子的“三大成员”，各有各的电荷、各有各的质量，共同决定了原子的一切行为。
质子——带正电荷的“核心成员”
卢瑟福发现原子核之后，紧接着的问题就是：原子核里面装着什么？1919年，卢瑟福用 粒子轰击氮气，发现氮核被击碎后射出了一种带正电的粒子。更关键的是，无论轰击哪种元素，都能找到这种粒子的身影。
卢瑟福将其命名为质子（proton），来自希腊文“第一”的意思。这个命名暗示了质子在原子结构中的核心地位——它是所有原子核共有的“基础砖块”。
质子的基本性质：
质子最重要的意义在于：一种元素原子核中质子的数目，就是该元素的原子序数。氢原子核里只有1个质子，氦有2个，碳有6个，铁有26个。质子数不同，元素就不同，这是最根本的区别。
质子数决定了原子属于哪种元素，这个数字称为“核电荷数”，也就是元素周期表中的原子序数。无论原子处于何种化学状态，质子数永远不变。
例题 1
已知钠（Na）的原子序数为11，氯（Cl）的原子序数为17，请分别说出两种原子核内各有多少个质子。
原子序数等于质子数。钠原子核内有 11个质子，氯原子核内有 17个质子。正是质子数的不同，使得钠和氯在化学性质上截然不同——钠是活泼金属，氯是活泼非金属。
中子——不带电的“稳定守护者”
质子带正电，同一个原子核里挤着多个质子，它们之间会产生强烈的静电排斥力。按理说，原子核应该会因此“爆炸”解体，但现实中原子核极为稳定。这背后的原因，让科学家困惑了很长时间。
1932年，英国物理学家詹姆斯·查德威克（James Chadwick）用 粒子轰击铍元素，发现射出了一种不带电、穿透力极强的粒子。这种粒子不受电场影响，不会被偏转，质量与质子相近。查德威克将其命名为中子（neutron）。
中子的存在解释了原子核的稳定性：中子位于质子之间，通过“强核力”将质子们“粘合”在一起，使原子核不会因静电排斥而解散。
中子的基本性质：
中子数不影响元素的种类（因为元素由质子数决定），但会影响原子的质量。同一种元素可以有中子数不同的原子，它们叫做同位素（这将在后续内容中详细介绍）。
中子数不等于质子数是很常见的现象。以氯为例，自然界中的氯原子有两种：一种有18个中子（约占75%），另一种有20个中子（约占25%）。尽管中子数不同，它们都是氯元素。
例题 2
碳原子（C）的质子数为6，相对原子质量约为12。请问该碳原子核内有多少个中子？
解：
该碳原子核内有 6个中子，与质子数相同。这种碳原子常写作 ，称为“碳-12”。
电子——轻盈的“核外居民”
电子是三种粒子中质量最小的一个，由汤姆森于1897年发现（详见上一节）。与质子和中子不同，电子不在原子核内，而是在核外广阔的空间里高速运动。
电子带负电荷，大小与质子的正电荷完全相等，只是方向相反。正常状态下，中性原子的电子数恰好等于质子数，正负电荷精确抵消，整个原子呈电中性。
电子的基本性质：
电子的质量极小，在计算原子质量时几乎可以忽略不计。1836个电子加在一起，才大约等于1个质子的质量。
电子虽然质量极小，但它在化学反应中扮演最关键的角色。化学键的形成、离子的生成、物质的导电性，几乎所有化学现象都与电子的得失和转移密切相关。
例题 3
铝原子（Al）的质子数为13，核外电子数也是13。若铝原子在化学反应中失去3个电子，形成铝离子 ，此时该粒子的质子数和电子数各是多少？
质子数在化学变化中不改变，仍为 13个质子。
失去3个电子后：
该粒子带电量为：正电荷 ，负电荷 ，净电荷为 ，即带3个单位正电荷，符号为 。
三种粒子的全面比较
将质子、中子、电子放在一起比较，可以清楚看到它们各自的特点：
原子核 = 质子 + 中子，核外围绕着电子。中性原子满足：
从质量角度看，原子的质量几乎全部集中在原子核上，电子的质量贡献可以忽略：
例题 4
某原子X有17个质子、18个中子、17个电子。请判断：
（1）该原子是哪种元素？
（2）该原子带电吗？
（3）该原子的相对原子质量约为多少？
质量数——描述原子核有多重
为了方便表示原子核的“重量”，化学中引入了质量数（mass number）的概念，用符号 表示：
其中 表示质子数（也叫核电荷数、原子序数）， 表示中子数。
一个原子可以用下面的符号完整表示：
左上角的 是质量数，左下角的 是质子数，X是元素符号。
以几种常见原子为例：
记住公式 ，再由此推出 。这三个量中，知道任意两个，就能求出第三个。这是粒子计算题中最常用的方法。
例题 5
核电荷数与原子序数的关系
元素周期表中每个元素都有一个编号，从1开始依次排列，这个编号叫做原子序数。原子序数在数值上等于该元素原子的质子数，也等于核电荷数（原子核所带正电荷的总量）：
对于中性原子，还进一步满足：
这四个量在中性原子中完全相等，是解题时最重要的等量关系。
离子不再满足“电子数 = 质子数”这个等式，但质子数始终等于原子序数。判断一个粒子是哪种元素，永远看质子数，而不是电子数。
例题 6
硫原子（S）的原子序数为16，若一个硫原子得到2个电子形成硫离子，请写出该离子的符号，并说明其质子数和电子数。
质子数 = 原子序数 = 16，化学变化中质子数不变。
得到2个电子后：
净电荷 = 正电荷 负电荷 ，带。
练习题
选择题
第1题【知识点：质子数与元素种类】
下列说法中，正确的是：
A. 质子数相同的原子，中子数一定也相同
B. 中子数相同的原子，一定属于同一种元素
C. 质子数相同的原子，一定属于同一种元素
D. 电子数相同的原子，一定属于同一种元素
答案：C
决定元素种类的是质子数（核电荷数）。质子数相同的原子一定是同种元素。中子数相同的原子可以是不同元素（如碳-14和氮-14，质子数分别是6和7，中子数都是8）。电子数可因得失电子而改变，不能作为判断元素种类的依据。
第2题【知识点：质量数的计算】
某原子的质子数为8，中子数为8，则该原子的质量数为：
A. 8
B. 16
C. 0
D. 64
答案：B
质量数 质子数 中子数 。这是氧原子 ，相对原子质量约为16。
第3题【知识点：离子的电子数】
氯离子 的质子数为17，则该离子的电子数为：
A. 16
B. 17
C. 18
D. 35
答案：C
表示氯原子得到了1个电子后形成的离子，所以：
质子数永远是17（氯元素不变），但电子数因得到电子而变为18。
第4题【知识点：粒子的综合判断】
表示的钠原子中，下列说法错误的是：
A. 该原子核内有11个质子
B. 该原子核内有12个中子
C. 该原子核外有23个电子
D. 该原子的质量数为23
答案：C
由 可知：质量数 ，质子数 。
中子数 （B正确）。
计算题
第5题【知识点：质子数、中子数、电子数的综合计算】
已知磷元素（P）的原子序数为15，相对原子质量约为31。
（1）磷原子核内有多少个质子和中子？
（2）中性磷原子核外有多少个电子？
（3）若磷原子失去5个电子形成磷离子 ，该离子的电子数是多少？
解题过程：
（1）质子数 原子序数 （个）
磷原子核内有 15个质子、16个中子。
（2）中性原子中，电子数 质子数：
第6题【知识点：由粒子数反推元素，综合判断】
某粒子 X 含有12个质子、13个中子、10个电子。
（1）X是哪种元素的什么粒子（原子还是离子）？
（2）写出该粒子对应的原子符号（即中性原子的符号）。
（3）该粒子带何种电荷，电荷量为多少？
解题过程：
（1）质子数为12，对应镁元素（Mg），原子序数12。
质子数（12） 电子数（10），该粒子不是中性原子，而是离子。
（2）镁的中性原子：质量数 ，质子数 ，写作：