⚛️原子结构计算器 - 核素符号、质子中子电子数、同位素丰度与“四同”判断
原子由原子核和核外电子构成:质子数 Z 等于核电荷数和原子序数,中子数 N = 质量数 A − Z,电子数 = Z − 电荷。例如 ²³₁₁Na⁺ 有 11 个质子、12 个中子、10 个电子;³⁷₁₇Cl⁻ 有 17 个质子、20 个中子、18 个电子。这个工具能识别多种写法(23Na+、²³₁₁Na⁺、Cl-37、O2-、^{37}Cl^-、U-235、氯-37、D、T),给出规范的核素符号(左上质量数、左下质子数、右上电荷)及 Unicode 和 LaTeX 写法,也能由质子、中子、电子数反推是哪种微粒。同位素部分内置天然同位素精确质量与丰度(NIST / IUPAC),可按精确质量或课本常用的质量数计算平均相对原子质量:³⁵Cl 34.969 占 75.76%、³⁷Cl 36.966 占 24.24%,得 Ar ≈ 35.45;反过来,已知 Cl 的平均值 35.5 和两种同位素 35、37,可解得丰度 75% 和 25%(3 : 1),并用十字交叉法展示,同时列出 Cl₂ 三种分子 70、72、74 的比例 9 : 6 : 1。“四同”判断可以比较同位素、同素异形体(O₂ 与 O₃、金刚石与石墨、红磷与白磷)、同分异构体(乙醇与二甲醚)和同系物(甲烷与丙烷),能识别核素、单质、常见有机物名称、SMILES 与化学式,并指出 H₂ 与 D₂、乙烯与环丙烷、苯酚与苯甲醇这类易错点。最后还有 10 电子 / 18 电子微粒表、电子数计算与小测验,以及 1~20 号元素原子和常见离子的结构示意图。
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如何使用原子结构与平均相对原子质量
- 1选择功能:核素符号、同位素与相对原子质量、“四同”判断或电子数与结构示意图
- 2输入核素、同位素数据、两种物质或微粒的化学式,也可以点击示例
- 3查看质子、中子、电子数,平均相对原子质量或丰度的计算过程,“四同”结论与理由,以及原子结构示意图
常见问题
- 质子数、中子数、电子数怎么算?
- 质子数 = 原子序数 = 核电荷数 Z;中子数 = 质量数 A − 质子数 Z;原子的电子数等于质子数,阳离子的电子数 = Z − 所带正电荷数,阴离子的电子数 = Z + 所带负电荷数。例如 ³²S²⁻:Z = 16,中子数 32 − 16 = 16,电子数 16 + 2 = 18。
- 已知平均相对原子质量,怎样求两种同位素的丰度?
- 设第一种同位素的丰度为 x,则 m₁x + m₂(1 − x) = Ar,解得 x = (m₂ − Ar)/(m₂ − m₁)。例如氯:35x + 37(1 − x) = 35.5,x = 0.75,即 ³⁵Cl 占 75%、³⁷Cl 占 25%,原子个数比 3 : 1。十字交叉法是同一个式子的简便写法:(37 − 35.5) : (35.5 − 35) = 1.5 : 0.5 = 3 : 1。铜 63/65、平均 63.5 也是 3 : 1,硼 10/11、平均 10.8 则是 1 : 4。
- 同位素、同素异形体、同分异构体、同系物怎么区分?
- 看比较的对象:同位素指同一元素的不同原子(质子数相同、中子数不同,如 ¹H、²H、³H);同素异形体指同一元素形成的不同单质(如 O₂ 与 O₃、金刚石与石墨);同分异构体指分子式相同、结构不同的化合物(如乙醇与二甲醚);同系物指结构相似、分子组成相差若干个 CH₂ 的有机物(如甲烷与乙烷)。H₂、D₂、T₂ 是同一种物质,既不是同位素也不是同素异形体;乙烯与环丙烷相差一个 CH₂ 但结构不相似,不是同系物。
- 常见的 10 电子和 18 电子微粒有哪些?
- 10 电子微粒:Ne、HF、H₂O、NH₃、CH₄、Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺、F⁻、O²⁻、N³⁻、OH⁻、NH₄⁺、H₃O⁺、NH₂⁻。18 电子微粒:Ar、HCl、H₂S、PH₃、SiH₄、K⁺、Ca²⁺、Cl⁻、S²⁻、P³⁻、HS⁻、O₂²⁻ 以及 F₂、H₂O₂、N₂H₄、C₂H₆、CH₃OH、CH₃F、NH₂OH、CH₃NH₂ 等(可看作两个 9 电子基团组合)。1 mol NH₄⁺ 含 10 Nₐ 个电子、11 Nₐ 个质子。
功能特点
- 识别 23Na+、²³₁₁Na⁺、Cl-37、^{37}Cl^-、氯-37、D、T 等多种核素写法
- 规范核素符号显示,可复制 Unicode 和 LaTeX 写法
- 由质子数、中子数、电子数反推原子或离子
- 内置 NIST / IUPAC 天然同位素质量与丰度,按精确质量或质量数求平均相对原子质量
- 由平均相对原子质量反推两种同位素丰度,附十字交叉法和 X₂ 分子种类比例
- 同位素、同素异形体、同分异构体、同系物自动判断并解释易错点
- 任意微粒的质子、电子、中子数及 n mol 中的个数,10 电子 / 18 电子微粒表和小测验
- 1~20 号元素原子及常见离子的原子结构示意图