​什么是同位素和核素?

       在中子和质子组成的原子核内,质子数相同,中子数不同的这一类原子称为同位素。会发生放射性衰变的同位素称为放射性同位素。其核内具有一定数目的中子和质子以及特定能态的原子称为素。例如,氢同位素有三种核素:H、H、H,元素符号的左上角标出原子质量数,它们分别被取名为氢、氘(音刀)、氚(音)。其中,H具有放射性,称为放射性同位素。在自然界里,H、H同位素天然含量的原子数百分比分别为99.9852%、0.0148%,H几乎为零。 

       同位素是同一元素的不同原子,其原子具有相同数目的质子,但中子数目却不同。例如:,它们原子核中都有1个质子,但是它们的原子核中却分别有0个中子、1个中子及2个中子,所以它们互为同位素。其中,氕的相对原子质量为1.007947,氘的相对原子质量为2.274246,氚的相对原子质量为3.023548,几乎比氕重一倍,而氚则几乎比氕重二倍。

       同位素具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一,在元素周期表上占有同一位置,化学性质几乎相同(的性质有些微差异),但原子质量质量数不同,从而其质谱性质、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。同位素的表示是在该元素符号的左上角注明质量数(例如碳14,一般用14C来表示)。

在自然界中天然存在的同位素称为天然同位素,人工合成的同位素称为人造同位素。如果该同位素是有放射性的话,会被称为放射性同位素。每一种元素都有放射性同位素。有些放射性同位素是自然界中存在的,有些则是用核粒子,如质子、a粒子或中子轰击稳定的核而人为产生的。

      同位素是具有相同原子序数的同一化学元素的两种或多种原子之一,在元素周期表上占有同一位置,化学行为几乎相同,但原子量或质量数不同,从而其质谱行为、放射性转变和物理性质(例如在气态下的扩散本领)有所差异。同位素的表示是在该元素符号的左上角注明质量数(质子数+中子数),左下角注明质子数。 例如碳14,一般用14C而不用C-14。

      自然界中许多元素都有同位素。同位素有的是天然存在的,有的是人工制造的,有的有放射性,有的没有放射性。

      同一元素的同位素虽然质量数不同,但他们的化学性质基本相同(如:化学反应和离子的形成),物理性质有差异[主要表现在质量上(如:熔点沸点)]。自然界中,各种同位素的原子个数百分比一定。

      同位素是指具有相同核电荷但不同原子质量的原子(核素)。在19世纪末先发现了放射性同位素,随后又发现了天然存在的稳定同位素,并测定了同位素的丰度。大多数天然元素都存在几种稳定的同位素。同种元素的各种同位素质量不同,但化学性质几乎相同。

      自19世纪末发现了放射性以后,到20世纪初,人们发现的放射性元素已有30多种,而且证明,有些放射性元素虽然放射性显著不同,但化学性质却完全一样。   

      核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。很多元素有质子数相同而中子数不同的几种原子。例如,氢有1H、2H、3H 3种原子,就是3种核素,它们的原子核中分别有0、1、2个中子。这3种核素互称为同位素。例如,原子核里有6个质子和6个中子的碳原子,质量数是12,称为碳-12核素,或写成12C核素。原子核里有6个质子和7个中子的碳原子,质量数为13,称13C核素。氧元素有16O,17O,18O三种核素。具有多种核素的元素称多核素元素。自然界仅有一种核素存在的元素称为单核素元素,如铍、氟、铝、钠等20种元素。质子数为偶数的元素,可有较多的稳定核素,一般不少于3种,而质子数为奇数的元素,通常只有一个稳定核素,一般不会多于两种,这是由核子的结合能所决定的。多核素元素中各核素互称同位素,因为它们处于周期表中同一位置上,化学性质基本相同,但核性质不同;单核素元素没有同位素。核素的质量即原子质量,总小于孤立质子、中子和电子的质量总和,在概念上也不等于质量数,在数值上除12C外均与质量数稍有不同。核素的质量是用质谱仪测定的,这种测定很先进,可测得7位或更多位有效数字。

       核素概念最初是为了确切描述元素的原子量而引入的。最初的化学原子概念是元素原子,即同一种元素对应有同一种原子,因此某种元素的原子量被规定为该元素原子的相对质量。同位素的发现揭示出元素并不是化学性质和量完全相同的一类原子,同一种元素的原子其质量可以不同,因而元素原子量所反映的是各种同位素原子质量的平均值。原子物理学的研究进一步表明,原子的质量主要是由构成原子核的质子和中子的数目决定的,而元素的化学性质只同质子数有关。为了进一步区分元素的同位素,科学家们引进了同位素的质量数,即质子数和中子数之和。从元素的化学性质看,不同的同位素在元素周期表上处于同一位置,故称“同位素”,而从原子核的角度看,同位素又是同一种元素的质量不同的原子核,也称为核素。这时,核素只不过是同位素的别称。后来发现地球上天然存在的和人工制造的原子核都有“同核异能态”的现象,即具有相同质子数和中子数的原子核所显现出来的核性质,如衰变方式、半衰期、能量等等可以不同。同核异能态是原子核层次的“同分异构体”,“同分”是指相同数目的质子和中子,“异构”则表示它们构成原子核的方式不同。但同位素概念不足以反映这种“同分异构”现象。如果把核素概念定义为同一同位素的核性质不同的原子核,就可以概括核的同分异构现象。因此,核素也就成了表达核性质的独立概念。



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