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    什么是核素?

    2016/12/22 13:24:52

    核素簡(jiǎn)介
    核素是指具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子。很多元素有質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的幾種原子。例如,氫有1H、2H、3H 3種原子,就是3種核素,它們的原子核中分別有0、1、2個(gè)中子。這3種核素互稱(chēng)為同位素。[1]  例如,原子核里有6個(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子的碳原子,質(zhì)量數(shù)是12,稱(chēng)為碳-12核素,或?qū)懗?2C核素。原子核里有6個(gè)質(zhì)子和7個(gè)中子的碳原子,質(zhì)量數(shù)為13,稱(chēng)13C核素。氧元素有16O,17O,18O三種核素。具有多種核素的元素稱(chēng)多核素元素。自然界僅有一種核素存在的元素稱(chēng)為單核素元素,如鈹、氟、鋁、鈉等20種元素。[2]  質(zhì)子數(shù)為偶數(shù)的元素,可有較多的穩(wěn)定核素,一般不少于3種,而質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的元素,通常只有一個(gè)穩(wěn)定核素,一般不會(huì)多于兩種,這是由核子的結(jié)合能所決定的。多核素元素中各核素互稱(chēng)同位素,因?yàn)樗鼈兲幱谥芷诒碇型晃恢蒙,化學(xué)性質(zhì)基本相同,但核性質(zhì)不同;單核素元素沒(méi)有同位素。核素的質(zhì)量即原子質(zhì)量,總小于孤立質(zhì)子、中子和電子的質(zhì)量總和,在概念上也不等于質(zhì)量數(shù),在數(shù)值上除12C外均與質(zhì)量數(shù)稍有不同。核素的質(zhì)量是用質(zhì)譜儀測(cè)定的,這種測(cè)定很先進(jìn),可測(cè)得7位或更多位有效數(shù)字。
    概念引入
    核素概念最初是為了確切描述元素的原子量而引入的。最初的化學(xué)原子概念是元素原子,即同一種元素對(duì)應(yīng)有同一種原子,因此某種元素的原子量被規(guī)定為該元素原子的相對(duì)質(zhì)量。同位素的發(fā)現(xiàn)揭示出元素并不是化學(xué)性質(zhì)和量完全相同的一類(lèi)原子,同一種元素的原子其質(zhì)量可以不同,因而元素原子量所反映的是各種同位素原子質(zhì)量的平均值。原子物理學(xué)的研究進(jìn)一步表明,原子的質(zhì)量主要是由構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子的數(shù)目決定的,而元素的化學(xué)性質(zhì)只同質(zhì)子數(shù)有關(guān)。為了進(jìn)一步區(qū)分元素的同位素,科學(xué)家們引進(jìn)了同位素的質(zhì)量數(shù),即質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和。從元素的化學(xué)性質(zhì)看,不同的同位素在元素周期表上處于同一位置,故稱(chēng)“同位素”,而從原子核的角度看,同位素又是同一種元素的質(zhì)量不同的原子核,也稱(chēng)為核素。這時(shí),核素只不過(guò)是同位素的別稱(chēng)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)地球上天然存在的和人工制造的原子核都有“同核異能態(tài)”的現(xiàn)象,即具有相同質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核所顯現(xiàn)出來(lái)的核性質(zhì),如衰變方式、半衰期、能量等等可以不同。同核異能態(tài)是原子核層次的“同分異構(gòu)體”,“同分”是指相同數(shù)目的質(zhì)子和中子,“異構(gòu)”則表示它們構(gòu)成原子核的方式不同。但同位素概念不足以反映這種“同分異構(gòu)”現(xiàn)象。如果把核素概念定義為同一同位素的核性質(zhì)不同的原子核,就可以概括核的同分異構(gòu)現(xiàn)象。因此,核素也就成了表達(dá)核性質(zhì)的獨(dú)立概念。

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