原子是什么
我們剛剛講清楚什么是化學元素，什么是元素單質。這兩個概念都涉及原子，那么我們現在來說說原子。在某些時候，從原子到單質還不是一步之遙。這些原子有時會相互組合成更大的集團——分子，然后由分子構成單質。不過，決定一種元素的化學性質的根本還是原子。比如，石墨和金剛石是由碳（C）原子以不同排列方式構成的，它們的外觀和物理性質有些差異，但是經過充分燃燒，它們都會變成二氧化碳（CO2）。
人們在研究原子的時候曾設計過很多模型，去猜想它的結構。目前最廣為接受的說法是原子由一個致密的原子核和若干圍繞在原子核周圍的電子構成，而原子核是由質子和中子構成的。我們來看看這三種更小的粒子和原子結構示意圖。
● 帶一個單位負電荷的電子（e），其質量約為9.109 ×10-31千克。
● 帶一個單位正電荷的質子（p），其質量約為1.673 ×10-27千克。
● 呈電中性的中子（n），其質量約為1.675 ×10-27千克。
原子結構示意圖。藍色的散點為電子可能出現的位置，紅點為原子核的位置，真正的原子核要小得多。
這個示意圖和我們經常看到的電子在一個個軌道上運動的模型不太一樣，這里電子以一種叫作“電子云”的方式分布在原子核周圍——這是更準確的說法。電子以波函數的形式占據一定的空間，它沒有固定在哪個確定的地方，但是它確實在這片區域里，而且有可能出現在任何一個地方。
然而真正值得研究的并不是這些電子的位置及其占據的空間，而是以這種方式運動的電子擁有多大的能量（這是量子力學研究的范疇，不是本書的重點）。
回到我們的原子上。每一個處于基態的原子都是電中性的，這就意味著它擁有相等數量的電子和質子（正負電荷相互抵消），而中子數則只決定它的質量，三者的分工很明確。
那么原子是如何進行化學反應的呢？人們普遍認為化學反應是原子之間電子得失的過程，電子的數量決定著元素的性質。因此，具有不同的質子數或電子數（也叫作“核電荷數”，它們的意義相同）的原子具有不同的化學性質。若兩個原子具有相等的核電荷數，那么它們就一定是同一種元素的原子，即便它們的質量可能不相同。
比如，基態氫-1原子的原子核中只有一個質子，那么就會有一個電子環繞著它的原子核以相應能級的“電子云”運動，以維持電中性。氫-2（氘）也是如此，唯一的區別是原子核中增加了一個中子，但是二者都是氫元素，具有相差無幾的化學性質。多出來的一個中子幾乎不會影響氫-2的化學性質，但是會讓二者的物理性質存在明顯的差異。后面的元素就是基于氫元素，按照一定的規律往上添加質子、中子和電子了。