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核电荷数

一个原子是由原子核和核外高速运动的电子所组成的。原子核又是由质子和中子(氕除外,其原子核只有质子,没有中子)组成的(不是分两层)每一个质子带一个单位正电荷,中子不显电性,有多少个质子就带多少单位正电荷,质子所带的正电荷数就叫核电荷序数。 [1]

核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数(离子内则要去掉核外电子数) 质子数+中子数=相对原子质量=质量数 [1]

1913年,莫斯莱(Henry Moseley)用不同元素作为产生x射线的靶子,测定其波长。他发现,每种元素能产生特征x射线,不同元素的特征x射线的波长不同。他从实验数据中总结出一个经验公式

1= λa (Z-b)2

式中λ为特征x射线的波长,Z为原子序数,即元素在周期系中排列次序,a、b为常数。该式表明,λ倒数的平方根与原子序数成直线关系。

莫斯莱的研究成果揭示出,元素在周期系中的“位置”具有其内在根据,它是由元素的本性决定的,通过特征x射线波长的定量数值表现出来。这项成果确定了元素周期系的严格顺序,从氢到铀依次排列92种元素;同时解决了按原子量顺序排列的不协调问题,即揭开了元素排列顺序中原子量倒置之谜。例如,碲的序号为52,碘的序号为53,碲理应排在碘的前面。

1911年,英籍新西兰科学家卢瑟福(E.Rutherfovd,18711937)用a粒子散射实验发现了原子核,第一个提出了关于原子结构的行星式模型。他认为原子核就像太阳居于太阳系的中心那样居于原子的中心,若干电子就像行星环绕太阳公转似的围绕原子核旋转。并且断定原子核是集中了原子绝大部分质量的致密小球,具有与电子截然相反的电性正电荷,于是就把原子核具有的这种正电荷叫核电荷。不过,这种核电荷在不同元素的原子中各有多少,当时还是个未知数。 [2]

1913年,荷兰物理学家范登布洛夫提出,原子序数等于核电荷数。 [2]

1920年,查德威克(Jchadwick)做了不同元素的α散射实验,测定核电荷,证明核电荷数等于原子序数。由此可以解释一系列问题。首先,解释了位移定则和同位素现象。元素放射出α粒子,由于核电荷数减少α,相应的,原子序数减少α,元素在周期系中向左位移两个位置;放射β粒子,核内一个中子转变成一个质子,放射出一个电子,核电荷数增加一个单位,元素在周期系中向右移一个位置。原子核电荷相同,在周期系中即处于同一个位置,不论其原子量是多少,这就是说,同一元素核电荷数相同,原子量不同。其次,核电荷数可以确定元素原子电子数。第三,核电荷数等于原子序数,使后者得到了物理解释。

核电荷数等于原子序数,使元素周期系中的“位置”获得了具体的物理意义;同时,它具体说明了“位置”是由什么决定的问题,即由核电荷数决定的。因此,元素可以被理解为具有相同核电荷数的原子形式,或者说是具有相同核电荷数的一类原子。

1919年,卢瑟福(ERutherford)用α粒子轰击氮,使氮发生核嬗变,实现了人工核反应。

元素概念在历史上演变的基本线索

最初,在化学确立为科学以前,元素是构成世界万物的本原和基础。在近代化学形成时期,继承了本原、基础的 思想,演变为物质可分解的限度,把元素看作不能分解或未能分解的物质。这种元素概念随着分解物质的技术、方法的进步,其所包含的对象的范围(元素概念的外延),先是大于实际存在的元素范围,继之等于、进而小于实际存在的元素范围,到20世纪,一切元素都是可以分解的,这种元素概念再也不能反映元素的真实情况了。在近代化学发展时期,不可分解或未能分解这个特征被承继下来,并被转移到原子上,以化学原子论为基础,使化学元素概念获得了新的意义,化学元素表现为具有相同原子量的一类原子。在现代化学中,原子量已被证明不是元素概念的基本特征,而元素周期系中的位置仍保留了它的意义,而且以此为基础,进一步充实、发展,揭示了化学元素的本质特征,元素是具有相同核电荷数的原子形式。 [3]

化学元素的含义通过概念的关系被揭示出来

在这个演变过程中,化学元素的含义是通过它与其他概念的关系获得表现的,或者说是通过概念之间的关系被揭示出来的。具体地说有三种关系:第一种关系,元素和化合物的关系,元素是化合物的分解的限度,是组成化合物的成分,这个成分的具体物质形式是什么呢?这就要求考察第二种关系,即元素和原子的关系,从这种关系来看,元素是一类原子,或原子种类,依据现代观点,元素是具有相同核电荷数(核内质子数)的原子形式,或者说是核电荷数(核内质子数)相同的一类原子,在这个意义上,元素和原子具有相同点,每一化学元素符号既表示一种元素又表示该元素的一个原子。但是元素和原子又是有区别的,不能将二者混淆。从化学或科学的观点说,元素是表示组成的概念,而原子可以表示组成,同时又能表示结构,表示物质的不连续性和颗粒性。因此,元素和单质既相联系又相区别。三种关系、三种含义是密切联系的,其中,化学元素是原子形式、一定种类的原子,按现代观点,是质子数(核电荷数)相同的原子,这是化学元素概念的核心,它指出了化学元素的物质内容,而其他两种关系,则指出了元素的存在形式,化合物是不同元素共存的形式,单质是同种元素在游离状态下的存在形式。 [4]

元素和原子是有区别的

正如上面刚刚指出过的,元素和原子是有区别的,化学元素意义上的原子量和原子意义上的原子量也是有区别的。在发现氧的同位素以后,物理学中采用O16=16.00作为原子量的基准,化学中仍用天然氧原子量等于16.00作为基准。1960年,国际物理学会接受德国质谱学家马塔斯的建议,采用C12=12.00作为测定原子量的基准;1961年,国际化学会也采用这一基准。尽管如此,化学中的原子量和物理学中的原子量仍然是有区别的,或者说元素的原子量和原子的原子量是不同的。原子的原子量(或者说物理学中的原子量)在历史上指的原子重量(atomic weight),但是,重量和质量是有区别的,重量是个可变量。国际原子能委员会认为,原子(重)量这一术语是历史上形成的,已为使用者所理解,进而提出“原子质量”表示核素的量,以区别于元素的原子量。 [4]

核素和元素也是有区别的

核素和元素是有区别的。元素是指具有相同质子数的同一类原子的总称,核素则是具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子,每种元素都有一种或两种或两种以上的核素,现在已知元素109种,已知核素2000多种。核素和同位素也是有区别的。同位素指的是在元素周期表中占据同一位置、质子数相同中子数不同的同一元素的原子,核素指的是质子数相同、中子数也相同的原子。

从发展的观点看问题,过去常说的放射性“元素”,非放射性“元素”,应当用“核素”来代替。说成稳定核素、放射性核素。 [5]

放射性元素、非放射性元素都是可以转化的

元素,无论是放射性元素还是非放射性元素都是可以转化的,前者可天然转化,后者可通过人工方式实现转化。以前那种认为元素是绝对不变的、不可转化的观点,最终被证明是没有根据的。 [5]

一个原子是由原子核和核外高速运动的电子所组成的。原子核又是由质子和中子组成的(不是分两层)每一个质子带一个单位正电荷,有多少个质子就带多少单位正电荷,质子所带的正电荷数就叫核电荷数,所以核电荷数=核内质子数,我们常说氧原子的“核电荷数”是8,也就是指明氧原子的质子数是8,氧元素的原子序数为8,氧原子核外电子数是8。这是因为每一个电子是带一个单位的负电荷,而整个原子是不显电性的即电中性的,因此核电荷数一定等于核外电子数。 [6]

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