什么是核素？

2016/12/22 13:27:21

核素簡介
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個中子。這3種核素互稱為同位素。[1]  例如，原子核里有6個質(zhì)子和6個中子的碳原子，質(zhì)量數(shù)是12，稱為碳-12核素，或?qū)懗?2C核素。原子核里有6個質(zhì)子和7個中子的碳原子，質(zhì)量數(shù)為13，稱13C核素。氧元素有16O，17O，18O三種核素。具有多種核素的元素稱多核素元素。自然界僅有一種核素存在的元素稱為單核素元素，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，通常只有一個穩(wěn)定核素，一般不會多于兩種，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同位素，因為它們處于周期表中同一位置上，化學(xué)性質(zhì)基本相同，但核性質(zhì)不同；單核素元素沒有同位素。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)譜儀測定的，這種測定很先進(jìn)，可測得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“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，也稱為核素。這時，核素只不過是同位素的別稱。后來發(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)的獨立概念。