0 序言

看了孙忠波先生发表的核磁共振的文章，想写些关于原子电性和磁性的通俗小文。我的这篇小文，先写些非量子化的、笼统的原子的电性，很粗浅，类似强天鹏先生主编《射线检测》物理基础的一节，仅是叙述方式不同而已，不知可读性如何？

1 对外呈电中性

原子是由原子核和绕核运转核外壳层(轨道)电子构成。粗略而形象的比喻，说它是个小太阳系。

1.1原子核

它位于原子中心，由一个质子，或若干个质子和中子组合而成。质子和中子统称核子。迄今为止，我们已知原子核有两千余种，它们都是由不同个数的质子和中子组合而成的。

中子不带电，是中性粒子。质子带一个单位(电子电荷)的正电荷。因此原子核内的质子数，就是原子核所带正电荷核子个数，以Z表示。Z也决定了原子核外电子的个数，当然决定了原子的化学性质，决定了原子在化学元素周期表中的顺序，因此z又被称为原子序数。

1.2核外电子

原子的核外电子，又称壳层电子或轨道电子，它们的个数，与核内质子个数相同，等于原子序数Z。电子带一个单位负电荷。这样原子核外电子所带总负电荷量，与原子核内质子所带总正电荷量相等。而且，绕核高速运转的核外电子形成的负电场中心，恰好处于原子核上，因此原子对外呈电中性。

2原子的能级

2.1定义

相对原子核而言，原子核外的广大空间，实际是电子经常(定态)活动范围。所谓原子半径，实际是指原子最外壳层电子非激发态时的轨道半径。原子能级实际是指原子核外壳层电子的电势能级(可以用电子与核结合能的负值表示)。由于各原子核外壳层电子能级有特殊性，所以它成了识别原子的特殊标志，被称为原子的能级。

2.2原子电场和电势能:

原子电场是很杂的，它不但有原子核与核外电子的引力场，还有电子间的斥力场。根据物理学“有心力场近似”的原则，可以认为原子电场中每个核外电子只受核电荷引力。这个引力的方向指向核心，大小与核电荷成正比，与该电子与核的距离(轨道半径)r的平方成反比。这个引力是电子绕核作园周运动的向心力，也正是这个引力产生了该电子与核的结合能，使电子被束缚在原子之内。和地球引力场一样，电引力场也有势能。壳层电子的轨道半径越小，引力越大，结合能越大，但电势能越小。物理学已经推证，可以用电子与核结合能的负值表示核外电子势能。自由电子势能最高，数值为零。

3 原子的光谱性(标识电磁波谱线)

3.1能级跃迁-----产生原子的光谱性

不受干扰，壳层电子在定态(量子化的)轨道上运行，既不吸收能量，也不放射能量。此处说的：“电子不吸收和不放射的能量”的状态，是指电子不吸收和不放射电磁波，或者说是电子不吸收和不放射光子的情况。如果有外来干扰，比如有光或射线的照射，在定态轨道上运行的电子吸收了一个光子的能量，跃迁到较高的能级，而电子跃迁的这两个能级之差，应恰好等于所吸收的光子能量。假如某壳层电子吸收的能量大于该电子与核的结合能，则该电子则会被电离，脱离原子的束缚，成为自由电子(光电子)。如同水会自发的向低处流一样，当低能级壳层有电子空位时，高能级电子会自发跃迁来补充空位，同时放出光子，光子能量等于电子跃迁的能级差。

3.2内外层能级跃迁产生电磁波谱线不同

根据下列公式(1)，我们会知道：光子的能量和波长成反比，能量大的光子波长短。一般内层轨道电子能级差大，为几KeV至几十KeV，能级跃迁时，会辐射荧光(标识)X射线，较外层轨道电子能级差小，当能级差在1.6-3.3eV时，会辐射可见光谱线。

:E=12400eV/λ(Å)           (1)

式中:E----光子能量，单位eV;

Λ----波长，单位Å

至此，我们可以这样总结：一个原子有若干特定能级，也就有若干特定的能级差，在壳层电子能级跃迁时，会吸收或放出若干特定波长的光子。由于人们不可能研究单个原子，而是研究原子组成的单质(万亿原子的集合体)，这就形成了不同波长的光子流，人们也就取得了不同波长的电磁波谱线。人们据此做光谱分析，鉴定元素或原子。