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  物理前沿
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物理學前沿問題探索(9)

原子核的結構與原子核周期表


  一般認爲,原子由原子核和核外電子組成,原子核是由質子和中子組成的,中子和質子的組成比必須在一定的範圍內才气保持核子的相對穩定,才不具有放射性。
 
如果認爲原子是由質子和核外電子組成,核內不存在中子,核內的中子由質子和核內電子組成。則核內質子數即爲核子數,核內電子數即爲中子數。核內的所有電子不屬于某些核子獨有,核內電子好象核外電子一樣圍繞著所有質子運動,核內的電子屬于每一個核子,就好象核外的電子屬于整個原子核一樣。
 
因爲核子都是質子,都帶正電,核內電子帶負電,核內電子在電磁力作用下繞核子作環繞運動。由于核內電子更接近核子,所受到的電磁作用力更強烈,這就是爲什麽核外電子容易電離而核內電子難以電離、離核遠的電子容易電離而離核近的電子難以電離的原因。
 
同核外電子的情況一樣,核內電子也是分層運動的,離核較近的電子受到的約束較強,電離所需的能量就較大;差异的原子核,核內電子逃逸出來所需的能量大纷歧樣,就象元素周期表中元素的排列順序,金屬原子核外電子的電離能低,而非金屬原子核外電子的電離能高。所以金屬原子具有自由電子,是電的良導體,而非金屬原子核外電子束縛的很緊,沒有自由電子,是絕緣體。對核內的電子同樣也有相似的規律,差异的是原子核的排列順序差异于化學元素周期表的順序。需根據原子核的性質來重新排列,按原子核的性質周期性變化排列出來的表叫做原子核周期表。
 
原子核周期表是根據原子核內中子數(或核子數)的几多作爲順序來排列的,因爲中子數(或核子數)的几多決定了核(或核外電子)的性質。
 
根據以上討論,得出如下結論。
 
1 質子是中子失去電子後的裸體。
 
2 中子是由質子和電子組成,但要和氫區別開來。中子的電子的電離能比氫中的電子的電離能高得多,電子離核的遠近也大纷歧樣。中子中的電子一般不參與化學反應,只參與高能量級的核反應,而氫中的電子參與化學反應,電子容易電離成爲自由電子。
 
3 超導的産生與核內電子的運動和能級有關。核內電子逃逸能低的核,産生超導所需的溫度就高,可以通過原子核周期表中差异的位置來尋找超導溫度高的元素。對應有些核內電子在低溫下極易發射出低能電子,使得該電子成爲原子外的束縛電子。這樣,原子半徑增加了,核外電子束縛力下降了,自由電子更容易在電場作用下運動,因而出現超導現象。當溫度升高,開始發射出的電子又回到核內,該原子又恢複原來性質。
 
4 多中子原子核,核內電子層的結構較爲複雜,根據以前的原子能級圖可知,核外電子的躍遷,將以吸收或發射電磁波的形式表現出來,同樣原子核的能級圖也是通過原子核內電子的躍遷,同樣也以吸收或發射高能電磁波的形式表現出來。當極高能量的電磁波照射原子核時,與之相同能級的原子核激發到高能級(亞穩態),處于亞穩態的核子極不穩定,又會躍遷發出高能電磁波。具有放射性的核都處于一種極不穩定的高能態。 根據差异原子核的結構和差异的高能態,可産生α粒子、β射線、γ射線等等多種核放射反應。有些處于穩態的核,當受到外界中子輻射等作用後,可使其激發躍遷到亞穩態,核子受激發的能量必須與核能級的能量相吻合。能量太低只能使核外電子受激躍遷。不能使核內的電子受激躍遷。對于氫核,核內沒有電子,則它的核就不存在能級。核內中子數越多的元素的核能級圖就越複雜。能發射出來的電磁波的種類就越多。
 
5 核內電子數與質子數的數量關系。一般情況下電子數少于質子數。核內電子數達到一定水平就會飽和,再增加電子,核的半徑將增加,質子對核內外層電子的吸引力下降,甚至不足以保持電子在核內繞核運動而發生躍遷成爲β射線。
  α
粒子(氦原子核)是基本粒子中最穩定的核子之一,穩定的原因是其中的4個基本粒子是類似金剛石的正四面體結構,它的硬度最高,在一般外力作用下難以破裂。類α粒子(核子數爲4的倍數)都是類似金剛石的正四面體結構,因而是相對穩定的粒子
6 化學元素周期表
 
一個原子的核內和核外電子的物理空間沒有絕對界限。核內的電子和核外的電子一樣,只是處于差异的運動軌道、離核遠近差异、能級上有差別,所以很難說哪個能級是核內電子所具有的哪個能級是核外電子的。對核外有多個電子的原子,很難將最裏層的核外電子電離出來。原子核內電子和核外電子沒有絕對界限。原子由質子和繞質子著高速運動的電子組成,原子內部不存在中子。所謂中子,是最簡單的原子。氕也是最簡單的原子,它們的組成形式十分相似,是一種同一種物質處于兩種差异能級狀態。中子中的電子處于極低的能級狀態,離核較近;而氕原子中的電子則處于較高的能級狀態,離核較遠,電離能較小,能參與化學反應。如果給中子以極高能量的電磁輻射,核外的電子也可以躍遷到氕的高能級狀態。

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