原子结构：原子的构成与核外电子排布
原子由居于中心的原子核和核外电子构成，原子核又由质子和中子构成。原子中核电荷数 = 质子数 = 核外电子数，所以原子不显电性。核外电子分层排布，原子的最外层电子数决定了元素的化学性质：金属原子容易失去电子，非金属原子容易得到电子，得失电子后形成离子。
原子的构成
| 粒子 | 位置 | 电性 | 相对质量 |
|---|---|---|---|
| 质子 | 原子核内 | 带 1 个单位正电荷 | 约 1 |
| 中子 | 原子核内 | 不带电 | 约 1 |
| 电子 | 核外 | 带 1 个单位负电荷 | 约 1/1836，可忽略 |
原子核的体积很小，直径只有原子直径的约十万分之一——如果把原子放大到一个体育场那么大，原子核只有一只蚂蚁大小，原子里绝大部分是"空"的。但原子的质量几乎全部集中在原子核上。并不是所有原子都有中子：最常见的氢原子（¹H）原子核里只有 1 个质子。
相对原子质量 ≈ 质子数 + 中子数
核外电子的分层排布
核外电子在离核远近不同的区域运动，能量低的电子在离核近的区域运动，能量高的在离核远的区域运动。科学家把这些区域叫作电子层，由内向外依次为第一层、第二层……1–20 号元素的排布规律：
- 第一层最多排 2 个电子，第二层最多排 8 个电子；
- 最外层最多排 8 个电子（只有一层时最多 2 个）；
- 先排满内层，再排外层。
原子结构示意图
以钠原子为例：画一个小圆圈表示原子核，圈内写 +11 表示质子数（核电荷数）；圈外的弧线表示电子层，弧线上的数字 2、8、1 表示该层上的电子数。离核最远的一层叫最外层，钠原子的最外层只有 1 个电子。
| 周期 | 元素与核外电子排布 |
|---|---|
| 第 1 周期 | H 1 He 2 |
| 第 2 周期 | Li 2,1 Be 2,2 B 2,3 C 2,4 N 2,5 O 2,6 F 2,7 Ne 2,8 |
| 第 3 周期 | Na 2,8,1 Mg 2,8,2 Al 2,8,3 Si 2,8,4 P 2,8,5 S 2,8,6 Cl 2,8,7 Ar 2,8,8 |
| 第 4 周期 | K 2,8,8,1 Ca 2,8,8,2 |
周期数 = 电子层数；主族元素的族序数 = 最外层电子数。
最外层电子数与化学性质
| 原子种类 | 最外层电子数 | 化学反应中 | 举例 |
|---|---|---|---|
| 稀有气体原子 | 8 个（氦 2 个） | 不易得失电子，相对稳定 | He、Ne、Ar |
| 金属原子 | 一般少于 4 个 | 容易失去电子 → 阳离子 | Na、Mg、Al |
| 非金属原子 | 一般多于或等于 4 个 | 容易得到电子 → 阴离子 | O、S、Cl |
最外层有 8 个电子（只有一层的为 2 个）的结构叫相对稳定结构。原子得失电子，都是为了使最外层达到这种结构。
离子的形成
带电的原子（或原子团）叫作离子。带正电的叫阳离子，如 Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺；带负电的叫阴离子，如 Cl⁻、O²⁻、S²⁻。离子符号的写法：在元素符号右上角先写数字、后写正负号，数字为 1 时省略。离子所带电荷数 = 原子得失的电子数。
钠在氯气中燃烧时，钠原子失去最外层的 1 个电子形成 Na⁺，氯原子得到这 1 个电子形成 Cl⁻，两者最外层都达到 8 个电子。带相反电荷的 Na⁺ 和 Cl⁻ 相互作用，形成氯化钠。氯化钠是由离子构成的物质；化合物中阴、阳离子的电荷总数相等，所以整体不显电性，这也决定了 MgCl₂ 中 Mg²⁺ 与 Cl⁻ 的个数比是 1 : 2。
原子中：质子数 = 核外电子数
阳离子：质子数 > 核外电子数
阴离子：质子数 < 核外电子数
同位素
质子数相同而中子数不同的原子互为同位素，它们属于同一种元素。例如氢元素有氕（¹H，没有中子）、氘（²H，1 个中子）、氚（³H，2 个中子）三种原子；碳-12 是相对原子质量的标准，碳-14 可以用来测定文物的年代。
用这个模型做实验
- 从氢开始依次点到钙（或按键盘 ← →），看电子怎样先排满第一层、再排第二层、第三层，第 19 号钾为什么开始排第四层。
- 对照左边的分层模型和右边的结构示意图，说出 +11、弧线、2、8、1 各表示什么。
- 选钠原子，点「变成 Na⁺」，看最外层的电子飞走、电子层少了一层；再选氯原子，点「变成 Cl⁻」。比较原子和离子的质子数、电子数和电性。
- 在「离子的形成」中看 NaCl、MgCl₂、Na₂O 的电子转移，想一想为什么化学式中原子的个数比不同。
- 在「练习」里判断结构示意图表示的是哪种粒子，注意那些电子排布都是 2, 8 的粒子。
- 切换氢、碳、氯的同位素，看原子核里的中子数和质量数怎样变化。
常见问题
原子是由什么构成的？
原子由居于中心的原子核和核外电子构成，原子核由质子和中子构成（氢原子 ¹H 的原子核里没有中子）。质子带 1 个单位正电荷，中子不带电，电子带 1 个单位负电荷。原子中质子数 = 核电荷数 = 核外电子数，所以整个原子不显电性。
核外电子是怎样排布的？
核外电子在离核远近不同的区域分层运动，叫作分层排布。1–20 号元素的原子：第一层最多排 2 个电子，第二层最多排 8 个电子，最外层最多排 8 个电子（只有一层时最多 2 个）；先排满内层，再排外层。例如钠原子 2, 8, 1，氯原子 2, 8, 7，钙原子 2, 8, 8, 2。
原子结构示意图中各部分表示什么？
小圆圈表示原子核，圈内的数字（如 +11）表示质子数（核电荷数）；弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层上的电子数。离原子核最远的一层叫最外层。
最外层电子数和元素的化学性质有什么关系？
稀有气体原子最外层有 8 个电子（氦为 2 个），属于相对稳定结构，化学性质很不活泼；金属原子最外层电子一般少于 4 个，在化学反应中容易失去电子；非金属原子最外层电子一般多于或等于 4 个，在化学反应中容易得到电子。元素的化学性质主要由原子的最外层电子数决定。
怎样根据结构示意图判断是原子还是离子？
比较圈内的质子数和核外电子总数：质子数 = 电子数是原子；质子数 > 电子数是阳离子，带正电；质子数 < 电子数是阴离子，带负电。元素种类由质子数决定，例如 +11 的都是钠元素的粒子。
Na 和 Na⁺ 有什么相同和不同？
相同：质子数都是 11，都属于钠元素，质量几乎相等（电子的质量很小）。不同：钠原子核外有 11 个电子（2, 8, 1），不显电性，化学性质活泼；钠离子核外有 10 个电子（2, 8），带 1 个单位正电荷，是相对稳定结构，电子层数也少一层。
相对原子质量为什么约等于质子数加中子数？
质子和中子的质量都约等于一个碳-12 原子质量的 1/12，而电子的质量只有质子的约 1/1836，可以忽略，所以相对原子质量 ≈ 质子数 + 中子数。例如钠原子有 11 个质子、12 个中子，相对原子质量约为 23。氯的相对原子质量 35.5 不是整数，是因为自然界的氯是氯-35 和氯-37 两种原子的混合物。
适用课程
人教版初中化学九年级上册第三单元《物质构成的奥秘》中的"原子结构"（原子的构成、核外电子排布、离子、相对原子质量），以及其他版本教材中原子结构的相关内容；也可用于高中化学必修第一册"原子结构"的复习。常见题型有"根据结构示意图判断粒子种类""最外层电子数与化学性质""离子符号的书写"等。