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原子是构成物质的基本单位，由原子核和核外电子组成。原子核位于原子的中心，体积非常小，但却集中了原子的绝大部分质量。核外电子在原子核周围高速运动，形成电子云。
原子核由质子和中子构成。质子带正电荷，电量为一个基本电荷单位，质子数决定了元素的种类，也称为原子序数。中子不带电荷，质量与质子相近。质量数等于原子核中质子数加上中子数。
核外电子带负电荷，质量极小，约为质子质量的1836分之一，在原子核外高速运动。在电中性原子中，电子数等于质子数，也等于原子序数。核外电子按能量高低分层排布，从内到外分别是K层、L层、M层等，每层能容纳的电子数有限。
电子在原子核外的排布遵循一定规律。首先是能量最低原理，电子优先占据能量较低的轨道。各电子层有最大容纳电子数限制：K层最多2个，L层最多8个，M层最多18个，N层最多32个。最外层电子数不超过8个，这些最外层电子决定了元素的化学性质。
同位素是指质子数相同但中子数不同的同一种元素的原子。它们具有相同的原子序数，但质量数不同。同位素具有相同的化学性质，因为化学性质主要由核外电子决定，而物理性质可能略有差异。以氢元素为例，有三种同位素：氕、氘和氚，分别含有0个、1个和2个中子。