什么是核素？

2016/12/22 13:24:52

核素简介
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。[1]  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。[2]  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。
概念引入
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。