理解电子

电子在化学反应中起着重要的作用。它们在原子中的排列方式影响着元素的化学反应性。它们还与光的产生有关。

原子的大部分质量集中于原子中心的原子核上，但它的大部分行为是由围绕原子核运动的微小的电子控制的。例如，电子是原子参与化学反应的部分。

原子中的每个电子都有自己的位置。电子相互排斥，永不接触。它们排列成层，被称为“电子壳层”。不同的原子有不同数量的电子壳层，这取决于原子含有多少电子。氢原子只有1 个电子壳层，其电子壳层上只有1个电子。然而，铀原子是天然存在的最大的原子，共有92 个电子，排列在7 个电子壳层中。离原子核最近的电子壳层是最小的。离原子核越远，电子壳层越大，可以容纳的电子就越多。

能级

电子壳层有时也被称为“能级”。离原子核最近的能级上的电子能量最低，最远的能级上的电子能量最高。当原子接受能量时，例如当它被加热时，它的电子会跃迁到离原子核更远的、更高的能级。原子释放能量时，它们的电子下降到较低的、离原子核较近的能级。这个有关原子如何工作的模型是由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Bohr，1885—1962）在1913 年提出的。它至今仍然被视为理解原子的最好方法之一。

热和光

玻尔的原子模型解释了原子如何产生光和其他类型的辐射。可见光只是一种电磁辐射。其他的电磁辐射包括无线电波、红外线、紫外线、X 射线和γ射线等。所有这些辐射都是以同样的方式产生的，但有些辐射涉及的能量较大。可见光位于电磁波谱的中间，电磁波谱是由这些电磁波按照它们的波长或频率、波数、能量的大小顺序排列而成的。蓝光比黄光的能量更大，而黄光比红光的能量更大。紫外线和X 射线的辐射能量比可见光的更大。紫外线是不可见的辐射，会灼伤人体。医学上常用X 射线来拍摄人体内骨骼的图像。热（或红外辐射）所涉及的能量小于可见光，无线电波也是如此。

科学术语

能级： 不同电子壳层代表不同的能级。最接近原子核的能级，所具有的能量最低。

电子壳层： 电子的轨道。每个电子壳层最多只能包含特定数量的电子。

释放光

当电子所处的能级下降时，原子就会释放出一个微小的粒子——光子（见第22页）。光子比电子更小，重量更轻。光的射线或其他辐射，如X 射线，是由原子产生的光子流。

光子携带辐射的能量。它所携带的能量的多少取决于电子下降了多少个能级。如果电子从较高的能级一直移动到原子核附近的能级，那么光子会产生较高能量的辐射，如X 射线。若电子所处的能级下降得比较少，那么其释放的能量也会比较少。

电子壳层

电子填充原子核周围的电子壳层有严格的顺序。氢原子只有一个电子绕着它的原子核运动。氦原子有两个。第一壳层离原子核很近，只能容纳两个电子。锂原子有三个电子，因为第一壳层已经饱和，所以第三个电子必须在下一个壳层中。第二壳层最多能容纳八个电子。如果原子的最外电子壳层是饱和的，那么该原子就是稳定的和不活跃的。锂原子的最外电子壳层只有一个电子，所以锂原子并不稳定。碳原子的最外电子壳层只有四个电子，还需要四个电子才能饱和。

固定数量

原子中的能级是固定的，取决于原子的大小。电子只能在能级之间移动，且它们不能只移动半个能级，因此，当电子从高能级移动到低能级时，它们会释放出光子，并释放出能量。释放出的能量的量就被叫作“量子”（quantum）。量子是指固定数量的能量。原子不可能释放半个量子，这一事实构成了量子物理学的基础。量子物理学是研究支配原子的力的科学分支。

光子

当原子以热或光的形式接收能量时，其内部壳层（a）中的电子被提升到高能级（b）。当电子耗尽了允许它移动到更高能级的能量时，它就会恢复到最初的状态（下降到最初的能级）（c），并发射出光子（d）。

由于一种原子只能释放一定数量的能量，因此化学家可以通过它们产生的光来识别元素。元素在被加热时或燃烧时会产生光和其他辐射。钾燃烧时会产生淡紫色的火焰，而镁燃烧时则会产生耀眼的白色火焰。每种元素均会产生独特的颜色光谱，从而使化学家可以通过光谱来识别元素。

化学行为

原子中的电子参与化学反应。当原子与其他原子反应时，它们失去、获得或与其他原子共享电子。电子间的相互作用将原子结合在一起形成分子。有些元素比其他元素更容易反应和形成化合物。元素的化学反应性取决于原子核周围的电子的排列方式。电子的排列方式控制着原子失去、获得或共享电子的难易程度。

电子排列

参与化学反应的是原子最外电子壳层上的电子。当最外电子壳层饱和时，原子是最稳定的。大多数元素原子的最外电子壳层是不饱和的。锂原子的最外电子壳层上只有1 个电子，还可以容纳7 个电子。氯原子的最外电子壳层上有7 个电子，还可以容纳1个。原子参与化学反应，使其最外电子壳层变得饱和。原子可以失去电子，或者从其他原子那里获得电子，或者与其他原子共享电子，从而使它们的最外电子壳层变得饱和，使原子变得稳定。例如，锂原子在反应过程中会失去最外电子壳层上的那个电子，从而失去其整个第二壳层，使第一壳层变成了最外层。这个壳层有两个电子，是饱和的，非常稳定。另一方面，氯原子在反应时获得电子来使其最外电子壳层饱和，从而使原子变得稳定。

科学词汇

电磁辐射： 物质内部分子、原子或电子产生各种能级跃迁从而向外发射电磁波的物理现象。电磁波的频谱包括γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。

光子： 一种粒子，通常以光的形式携带一定的能量。

烟花

烟花含有少量的炸药，爆炸时会产生各种颜色的光。这些颜色是由混合到炸药中的化学物质产生的。

点燃烟花后，这些化学物质中的原子相互反应或与空气反应，并以彩色光线的形式释放能量。光线的颜色取决于烟花中的元素。如果烟花中有含钾化合物，它就会产生紫色的光线；如果烟花含有锂原子，就会产生红色光线；而若含有铜和钴等金属元素，则会产生蓝色光线。