針對這個題目我們需要首先明確一個問題，原子是什麼？它是構成元素是什麼？它是否為一個實心幾何體。

原子指化學反應不可再分的基本微粒，原子在化學反應中不可分割。但在物理狀態中可以分割。原子由原子核和繞核運動的電子組成。如下圖：

由此我們可以得知，原子並非一個實心幾何體，而是指一個核心和外圍運動粒子共同組成的微粒，那麼便無法保證其是絕對圓的，因為它本來就不是一個圓球體。

至於原子大小與直徑，則與原子種類有關了。

影響原子半徑的因素有三個：一是核電荷數，核電荷數越多原子核對核外電子的引力越大（使電子向原核收縮），則原子半徑越小；當電子層數相同時，其原子半徑隨核電荷數的增加而減小；二是最外層電子數，最外層電子數越多半徑越大；三是電子層數（電子的分層排布與離核遠近空間大小以及電子雲之間的相互排斥有關），電子層越多原子半徑越大。當電子層結構相同時，質子數越大，半徑越小。

原子直徑的數量級大約在10的負10次方米。

原子，長期被人們認為是組成物質的最小單位，隨著電子的發現，人們意識到原子也是可以再分的。透過湯姆孫，盧瑟福，玻爾等人的建立的早期的原子模型。現在普遍認同原子是由核外電子和原子核組成的。

而各個元素的原子的大小當然是不同的，從下面圖例，我們可以看出很清楚，隨著原子序數的增大，原子半徑也逐漸變大，但總體來說，各種元素原子的尺寸大小相差不超過量級。所以原子的大小不是都一樣的，有尺寸的分佈。

原子的半徑和核外電子的多少，這是個競爭作用的關係。一方面當核電荷數增加了，其靜電作用力會使原子半徑變小，另一方面，當核外電子變多了，由於泡利不相容原理的限制，每一層上能夠排布的電子數目是確定的，每一次層也具有可容納電子數目。因此，隨著電子數的增加，所排列的層數也會增加，這直接會導致原子的半徑增加。總體從下圖看起來，核外電子數多的，其原子半徑會大一些。

所以泡利不相容原理保證了原子的多樣性，和這個世界的多變性。不然所有原子都會大小相似，這個世界會變得非常無趣。

至於第二問題，原子是不是絕對圓？原子本來就是由原子核和核外電子組成的，玻爾早前定義核外電子是沿著圓形軌道執行，後來和索末菲修成成了橢圓軌道。隨著量子力學的出現，核外電子，在不同區域出現的出現機率和範圍是不確定的，其經常出現的區域稱為電子雲，形狀也不再是圓形，而是有多種形狀。

原子是由原子核和繞原子核旋轉的電子組成的，每個原子都有一定的空間，因為不同的原子結構不同，所以每個原子的體積都不一樣，決定了原子半徑的主要因素是：核電荷數、核外電子數、電子層數。在週期表中，原子半徑在同一元素週期內從左到右遞減，在同一族內從上到下遞增，通常都左下角的元素原子體積相對大一點。

而至於原子核主要有球形、鐵餅(discus)形和橄欖球形三種形狀，原子核的直徑約為10的負15次方米，原子的種類不同，原子核的大小也不同，主要由中子和質子的數量來決定。而組成原子核的中子和質子是由三個夸克組成，因此體積都是一樣大的。

基本上我們可以將原子當作圓形的來看待，而事實上原子的形狀非常地複雜，由於質子、中子、電子無時不刻都在產生變化及運動，因此不同的時刻都會擁有不同的形狀。

原子的直徑一般都是指原子最外圍的電子運動範圍的直徑，所使用的單位是奈米和埃，1nm(奈米）=10A（埃）=10^-9m。原子核的直徑約為10^-14 m～10^-16m，原子直徑約為 1^-10m，不同種類的原子的直徑都不一樣。

在原子物理中有個有趣的結論，就是不同物質的原子，它們的大小是差不多的，或者說是一個數量級的。

這裡牽涉到一個問題，就是你如何定義原子的大小。我們考慮的不是激發態的原子，因為激發態的原子是可以任意大的，比如裡德堡原子就可以很大。換句話說基態的原子，它們的大小是差不多大的。

裡德堡原子，n=12（主量子數）電子波函式示意圖。

原子是由原子核和核外電子組成的，原子核是由質子和中子構成的，只有特定的原子核，具有特定數目的質子數和中子數的組合的原子核才是穩定的；其他原子核會發生衰變，即過一段時間原子核會碎成幾塊，比如更小的原子核，α射線，β射線和γ射線等。

質子帶正電，電子帶負電，在原子中電子的數目和質子的數目相同。相對於原子，原子核的尺寸很小，10的負15次方米，比原子的尺寸小五個數量級。那麼電子在原子核周圍是如何分佈的呢？這是一個標準的量子力學問題。

假設氫原子，質子數為1，核外只有一個電子，這個量子力學問題是可以嚴格求解的，基態氫原子的半徑是差不多0.5埃，或直徑為1埃。

如果原子核裡有好幾個質子，那麼核外就有好幾個電子。考慮到電子和電子之間有相互作用，這個量子力學問題（量子多體問題）是不可以嚴格求解的，我們必須用一些近似方法，比如自洽的“哈特里-福克”近似來研究這個問題。

假設我們先不考慮電子和電子之間的相互作用，只考慮原子核是由多個質子構成的這個因素，定性的猜測，由於原子核上的正電多了，核外的電子會受到核的更大的吸引，於是基態的電子會離原子核較近。

同時核外電子有很多，電子是費米子，存在“泡利不相容原理”，這意味著兩個電子不能處於相同的量子態上，隨著核外電子的增多，離原子核近的量子態都被佔據滿了，電子只能佔據離原子核比較遠的量子態。

泡利（1900-1958），天才的物理學家，號稱物理學的良心。

以上兩種趨勢互相抵消，我們發現多電子原子的基態半徑基本上維持不變。當然我們還需要計算電子和電子之間的相互作用對原子基態的影響，出乎我們意料的是，這種影響有，但並不是本質性的。

以上我們已經定性地解釋了為什麼不同種類的原子會具有差不多大小的原子尺寸了。

那麼原子的形狀是什麼呢？

根據上面的思路，我們只要知道基態時原子裡面各個電子所處的量子態我們就知道原子的形狀了，更具體地說是電子在原子周圍機率分佈的形狀。

對氫原子來說，電子所處的狀態可以由四個量子數n，l，m和s_z來描述。對多電子原子來說，我們必須考慮電子和電子之間的相互作用才能得到電子所處的量子態。

這裡我們使用單電子近似，即我們把某個電子單獨拿出來考慮，它受到原子核對它的相互作用，同時除了這個電子之外的其他電子也會對它有相互作用，這個相互作用和所有其他電子所處的狀態有關，我們假設這個相互作用仍然保持球對稱性，換句話說，我們認為電子和電子間的相互作用不會改變電子所處的勢的對稱性。

單電子原子的勢場是球對稱的，多電子原子對某個電子的有效相互作用仍然是球對稱的。這意味著我們仍然可以用n，l，m和s_z四個量子數來描述多電子原子中每個電子所處的量子態，只不過這些量子態的能量會發生改變。

這意味著多電子原子的形狀將由外層電子所處的量子態，即它們的n，l，m和s_z決定。

以下是示意圖：

這個是氫原子波函式，多電子原子的波函式也是用相同的波函式予以描述的。

如果有兩個原子A和B，A的電子比B多，並且他們的電子層數相同，那麼肯定是A的半徑小，因為電子和質子的數量是相同的。如果兩個原子的電子層數不同，那肯定是電子層數多的那個原子更大，因為它的軌道多。原子是不是絕對圓的？那肯定不是的。原子外層是不確定的電子雲在環繞，微觀世界物質的運動規律是測不準的，有機率的，並不是你想象中的那樣好像有一層實物包裹的。

物理思維老師的一段話說的非常好“這裡牽涉到一個問題，就是你如何定義原子的大小。

本著有關原子的問題，決不放過的精神，雖然有答非所問之嫌。開篇兩個影片，下面全靠實驗，這是孔徑光柵顯微鏡拍攝的銅原子

孔徑光柵顯微鏡遵循布拉格條件，這裡的波長是指單縫衍射條紋間距，公式是2dsinθ=X (x=a.sin（b)/c；a為波長，b為第n個條紋與光源軸向到晶面的夾角，c是單縫的縫寬。)

由於轉動慣量不均衡與進動性偏振，原子皆為橢球漩渦體，數學上可近似為球體。原子的原子序數不同，原子尺度或直徑一定不同。如何估算原子直徑呢？以下我給簡易方法。

根據阿伏加特羅定律，只要知道元素的原子量與質量密度，就可以按面心立方體結構，估算不同原子的直徑。

例如：1摩爾鐵質量m=55.8克，密度ρ=7.8，原子個數N=6.02e23個，1摩爾鐵原子的體積：V=m/ρ=55.8/7.8≈7.15cm³，1個鐵原子立方晶胞體積：Vc=V/N=7.15/6.02e23 =1.2e-23cm³，晶胞質點之間的距離a=Vc^⅓ ≈2.30e-10m。鐵原子的直徑：d=¼√2a ≈1.60e-10m。

比較：1摩爾銅質量m=63.5克，密度ρ=8.96，原子個數N=6.02e23個，1摩爾銅原子的體積：V=m/ρ=63.5/8.96≈7.09cm³，1個銅原子立方晶胞體積：Vc=V/N=7.09/6.02e23 =1.18e-23cm³，晶胞質點之間的距離a=Vc^⅓ ≈2.28e-10m。銅原子的直徑：d=¼√2a ≈1.59e-10m。

由此可見：雖然鐵原子的原子量比銅小，但鐵原子的直徑比銅略大。這有悖於我們的直覺。但有一點可以肯定：幾乎所有原子直徑的數量級都是0.1奈米。

原子的實際大小並非像教科書裡所說，同一殼層越往後越小，到了零族又變得最大.

實際上原子大小是可以準確計算的，同一殼層的原子半徑幾乎相同，第二殼層要比第一殼層大4倍，第三殼層要比第二殼層大2倍…

這個計算原子大小的方法是在研究原子結構過程中無意發現的，有興趣的可以上百度搜一下 "元素電離能與原子的實際半徑″，也可直接進入下面網點看一看

https://wk.baidu.com/view/9f58e03402768e9951e73899

這個計算原子半徑的方法可能讓搞量子研究的難以接受，因為量子力學認為電子運動充滿了不確定性。

實際上用很簡單的方法就可以準確計算單個或多個電子原子體系，可計算原子或離子的實際半徑，還可計算電子的動能或勢能…等.

只有對原子結構有很深入的研究，才會搞清楚基態原子裡的電子運動受電場力與磁場力的共同約束是有嚴格軌跡的(當然激發態是二碼事)，並非在原子核周圍任何地方都會出現，這也是一般情況下物質保持穩定的基礎.

首先，原子的大小肯定是不一樣的。其次，原子的大小取決於如何定義原子半徑，這並非一個確切的物理量。

原子的組成分為原子核以及核外電子。原子核由質子和中子透過強核力結合在一起（組成質子和中子的夸克也是受到強核力的束縛），質子和中子數越多，原子核也就越大，這樣原子核外的電子層數以及所容納的電子數也會越多。那麼，作為原子的最外圍，電子的邊界即為原子的邊界。由於電子的範圍要比原子核大得多，所以電子的邊界範圍大小就決定著原子的大小。

但問題是，原子核沒有確切的邊界，並且電子範圍也不是固定的，微觀世界與我們所熟知的宏觀世界截然不同。電子並非以一個確定的軌道繞著原子核旋轉，因為微觀粒子遵循不確定性原理，其動量和位置是不能被同時確定的。

事實上，電子會以某一機率出現在原子核外圍的某一空間中，這種機率分佈被稱為電子雲。電子雲密度越大的地方，出現電子的機率也就越高。由於電子之間會互相影響，導致電子雲的形狀各異，有最簡單的球形，還有花瓣形和啞鈴形等不同形狀。

理論上，電子雲可以無限延伸，只是電子出現在距離原子核很遠的地方，機率會很低。因此，電子雲其實無法表明原子究竟有多大。但為了方便研究，一般把電子總出現機率為90%至95%的空間範圍視作原子大小。

據此定義，原子的大小一般在3×10^-11米至3×10^-10米之間。在元素週期表中，同一主族元素的原子序數越大，原子尺寸越大。同一週期主族元素的原子序數越大，原子尺寸越小。

此外，透過上述描述可知，原子的實際形狀不是球形，而是與電子雲形狀有關。

事實上，根據現有理論，沒有人能夠給出十分具體的測量資料去給出結論。我們要用到的兩個名詞是純物理的躍遷和涉及哲學思維的量子力學中的測不準原理。

1、原子的尺寸

原子直徑大約處於10^-10m這樣一個尺度，而原子核直徑約為10^-15m~10^-14m，體積對比，原子核更是隻有原子體積的千億分之一。所以，在量子世界，使用物理尺寸無法說明其大小。

2、氫原子直徑可能大於氧原子

如果考慮躍遷條件，吸收了光子的氫原子將發生躍遷，這個躍遷電子會向高能軌道擴充套件，導致氫原子直徑增加，這個增大值會超過原子核的尺寸，而將氧原子降溫，也會出現躍遷，電子會向低軌道收縮，導致氧原子直徑變小。這時候就出現了氫原子直徑可能大於氧原子直徑的情況。

3、測不準原理

測不準原理是德國物理學家海森堡於1927年透過對理想實驗的分析提出來的，不久就被證明可以從量子力學的基本原理及其相應的數學形式中把它推匯出來。根據這個原理，微觀客體的任何一對互為共軛的物理量，如座標和動量，都不可能同時具有確定值，即不可能對它們的測量結果同時作出準確預言，也就是說，無法測出一個電子某一時刻在某個位置。同時，由於任何物質，包括原子自身持續不斷的輻射能量、吸收光子，所以躍遷事件時刻都在發生。所以，原子不可能是絕對圓的。

4、化學課本倒是給出過原子半徑值，僅供參考

原子沒有一個精確定義的最外層，通常所說的原子半徑是根據相鄰原子的平均核間距測定的。下表為一些元素的原子半徑（pm/皮米，一萬億分之一米[10^-12米]）