基本介紹
- 中文名：核素
- 外文名：nuclide
- 套用學科：物理、化學
- 適用領域範圍：量子物理
核素簡介,概念引入,關係,綜述,理解,化學,核素圖,
核素簡介
核素是指具有一定數目質子和一定數目中子的一種原子。很多元素有質子數相同而中子數不同的幾種原子。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箇中子。這3種核素互稱為同位素。例如，原子核里有6個質子和6箇中子的碳原子，質量數是12，稱為碳-12核素，或寫成12C核素。原子核里有6個質子和7箇中子的碳原子，質量數為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。質子數為偶數的元素，可有較多的穩定核素，一般不少於3種，而質子數為奇數的元素，通常只有一個穩定核素，一般不會多於兩種，這是由核子的結合能所決定的。多核素元素中各核素互稱同位素，因為它們處於周期表中同一位置上，化學性質基本相同，但核性質不同；單核素元素沒有同位素。核素的質量即原子質量，總小於孤立質子、中子和電子的質量總和，在概念上也不等於質量數，在數值上除12C外均與質量數稍有不同。核素的質量是用質譜儀測定的，這種測定很先進，可測得7位或更多位有效數字。
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。最初的化學原子概念是元素原子，即同一種元素對應有同一種原子，因此某種元素的原子量被規定為該元素原子的相對質量。同位素的發現揭示出元素並不是化學性質和量完全相同的一類原子，同一種元素的原子其質量可以不同，因而元素原子量所反映的是各種同位素原子質量的平均值。原子物理學的研究進一步表明，原子的質量主要是由構成原子核的質子和中子的數目決定的，而元素的化學性質只同質子數有關。為了進一步區分元素的同位素，科學家們引進了同位素的質量數，即質子數和中子數之和。從元素的化學性質看，不同的同位素在元素周期表上處於同一位置,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。後來發現地球上天然存在的和人工製造的原子核都有“同核異能態”的現象，即具有相同質子數和中子數的原子核所顯現出來的核性質，如衰變方式、半衰期、能量等等可以不同。同核異能態是原子核層次的“同分異構體”，“同分”是指相同數目的質子和中子，“異構”則表示它們構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”現象。如果把核素概念定義為同一同位素的核性質不同的原子核，就可以概括核的同分異構現象。因此，核素也就成了表達核性質的獨立概念。
關係
綜述
具有一定核電荷數和質量數，並且具有同一能態的一種原子核或原子，稱為一種核素。
核素常用符號AZX 表示，其中X是元素符號，Z是原子序數，A是質量數，A-Z=N，N是該核素中的中子數。由於元素符號X已經確定了它的原子序數，因此，通常核素也可簡記為AX。
科學研究表明，穩定性核素對核子總數有一定限度（一般為A≤209），而且中子數和質子數應保持一定的比例（一般為N/Z=1～1.5，也有個別例外）。任何含有過多核子或N/Z不適當的核素，都是不穩定的。A≥209的核素，即元素周期表中釙（Po）之後的所有元素的核素都具有放射性（釙之前的元素，有的核素也具有放射性），它們或是自發地放射出α射線（即He核），而轉變成A較小的新核；或是因核素的N/Z不適當，其核內的中子與質子會自發地相互轉變，從而改變N/Z的值，並同時放出一個β-（或β+）粒子。核素衰變後產生的新核幾乎都是處在激發態，這樣的核或是自發地放射出γ光子而轉變到基態或較低能態，或是繼續進行α衰變（或β衰變），直到變成一個穩定的核素為止。
理解
核素分為①不同元素不同原子②同種元素不同原子
化學
具有一定數目質子和一定數目中子的一種原子叫做核素，符號是（1）核素的概念界定了一種原子；
核素
核素（2）絕大多數元素都包括多種核素，也有的天然元素僅含有一種核素；
（3）核素的種類多於元素的種類，目前發現的112種元素共有一千多種核素。
核素圖
化學元素周期表不能表達核素的內容，這就需要有一個與核素概念相適應的表達方式，即核素圖（見圖）。在核素圖中，核素是按原子序數和質量數遞增的順序排列的。在這個意義上核素圖是周期表的進一步發展。它把質量數相同的核素按縱隊排列，從上到下的直列是同量異位的核素的隊伍；同位核素按質量數遞增的順序依次從左上向右下斜隊排列,是質子數相同的核素列;從左下至右上（或從右上至左下）是同中子異荷素，核素圖側重於描繪原子核的性質，如衰變方式、半衰期、熱中子反應截面、射線性質和能量等，而略去核子電子殼層結構。現代化學元素周期系理論和核外電子殼層結構理論是等價的，現代化學元素周期表如何進一步向超重元素發展，實質上是核素周期系理論所要回答的問題。建立在核子殼層結構模型基礎上的幻數核素理論，在一定程度上描述了核素的穩定性，從而初步揭示了原子核的內在規律性。然而幻數理論還遠不像電子殼層理論那樣完整、準確而令人信服，也就是說量子力學理論在核層次的套用還沒有成功，因此核素圖僅僅是探索核素周期性圖表形式的初步嘗試。
探索核素規律涉及基本粒子問題，可以把核素視為基本粒子集團，核素的穩定性主要取決於中子和原子的確定的結合方式。在人造核素過程中，各種基本粒子相互作用和轉化的奧秘遠沒有完全弄清楚。
元素已經失去其作為組成世界萬物基元的意義，現在人類的認識已進入到作為元素組分的基本粒子層次。在認識連線元素原子和基本粒子這個物質結構鏈條中，核素概念也許會起到特殊的作用。
