| 词条 | 核电荷数 |
| 释义 | § 相关简介 核电荷数的测定913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。 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。1920年，查德威克（J·chadwick）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的电子数。第三，核电荷数等于原子序数，使后者得到了物理解释。① 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（E·Rutherford）用α粒子轰击氮，实现了人工核反应 由此证明，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。 现代化学中的元素概念的演变，是在19世纪元素周期系的元素概念的基础上进行的，它表现为对周期系中“位置”的特征的肯定、确证、充实和发展的过程。在这个演变中，元素是在周期系中占据一定位置的原子形式，这是在19世纪确立的，它作为一个基础，是进一步演变的起点。天然放射性的发现没有动摇这个基础，相反，以元素天然转化性说明了这个基础的可靠性。同位素的发现进一步证明了这个基础的牢固性。原子序数、核电荷数及两者在数值上相等的发现，则进一步揭示了“位置”的本质，充实了它的内容。 总结以上所述，可以看出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。元素周期律发现以后，这一类原子在周期系中占据一定位置，从而使作为元素的物质内容的原子，具有了新的特征，即除了原子量外，它在周期系中占有确定的位置，这个位置既包含了原子量又包含了化学性质。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。 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。从逻辑学角度来分析，元素概念是集合概念，原子概念是非集合概念。集合概念是以事物的集合体为反映对象的概念，非集合概念是不以事物的集合体为反映对象的概念，非集合概念既可适用于它所反映的类，也可以适用于该类中的分子①。元素是一类原子的总称，它不能以个数相称，原子可以表示原子这个类，也可表示其中的一个、两个、三个原子，可用个数相数。除了上述两种关系、两种含义外，元素还以独立的形式存在，这便涉及第三种关系即元素和单质的关系。从这种关系来说，元素是单质的成分，单质是元素在自由状态（游离状态）下的存在形式②；一些元素可以形成几种单质，每一种单质都是元素在自由状态下的存在形式；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。 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。元素的原子量是该种元素各种同位素的平均值，例如，元素周期表中碳元素的原子量为12.01（碳有两种同位素C12和C13，天然丰度分别为98.89％和1.11%，碳元素的原子量=12.00×98.8%+13.00×1.11%=12.01）。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。 核素和元素是有区别的。元素是指具有相同质子数的原子，核素则是具有相同质子数和相同中子数的原子，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。例如，对于钠元素，我们不能说钠只有一种同位素，（因为钠元素没有同位素，即没有质子数相同中子数不同的原子），但可以说钠元素只有一种核素，目前已知的单一核素的元素有20种。元素和同位素是化学概念，核素已超出了化学领域。从元素概念到核素概念，是认识向更深物质层次的发展。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。 核电荷数=核内质子数=核外电子数 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 § 相关条目 原子 |
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