原子核

我们来谈谈原子核原子核是卢瑟福在1909年发现的当时他做了一个非常著名的实验叫做金箔实验。他拿了一张金箔他们用的是金箔因为你可以把它做得非常非常薄它是最有延展性的金属之一你可以把它敲得非常薄让它做你想做的事情。他有这张金箔还有一个发射器，这是一种放射性同位素它会释放出一堆氦原子核。好了，这些阿尔法来了很多直接穿过了它。这表明在金箔中有很多空间所以当一个粒子很小的时候氦核穿过时它甚至不会接触到任何东西。但有时他发现阿尔法粒子只是向后散落在他的身后这是无法用现代的原子模型解释的因为人们认为肯定都是正电荷但他们只是认为这只是正电荷和原子的大小一样然后你把电子放进去这就是所谓的垂直放置模型。

但这个实验表明，事实并非如此。这就像对着枕头开枪，子弹会直接打到你身上。它不是这样工作的，如果发生这种情况意味着什么?意思是枕头里有块石头，这就是卢瑟福说的，枕头里有块石头。现在，原子的大部分质量都包含在一个非常非常小的原子核中。多小?比原子本身小10万倍，所以原子的绝大部分基本上是由真空组成的，然后你有这个很小的中心区域，它的绝大部分质量。这样一来，你就得到了一个叫做电子云的东西你可能见过那些奇怪的系统模型，像这样，然后电子绕轨道运行。它们不会这样做，根据量子力学它们会向外扩散，它们只是空间的一部分，它们没有很大的质量，但它们会向外扩散。你可以把它想象成波，因为它就是波，这就是原子的现代版本。 We've got a little nucleus in the center and then we've got electron cloud. Alright so what is this little nucleus in the center made of? Well it's made of neutrons and protons.

中子根本不带电荷，质子带一个电子的正电荷。所以电子带负电荷，质子带相同电荷但带正电。好吧，这两个家伙的质量差不多。不完全一样，实际上中子更重一点，这是造成很多放射性的原因，你们已经知道了，但它是差不多的。因此，我们要做的是我们把质子数，也就是原子核的总电荷数，叫做原子序数我们把中子数加上质子数叫做质量数。这告诉我们原子核的质量因为中子和质子的质量差不多。原子序数告诉你原子核的电荷数告诉你需要多少电子才能使原子中性。既然电子决定了所有的化学反应原子序数决定了所有的化学反应它告诉你你得到了什么元素。所以这是唯一能告诉你元素有多少质子的东西。

如果你改变质量数，中子数但你不改变原子序数那么你就会得到完全相同的元素它会有不同的质量数但它是相同的元素。举个例子，这两个都是碳，但是它们的质量数不同，这个的质量数是12而这个的质量数是14。这些被称为碳的不同同位素，同位素的原子序数相同但质量数不同。如果我想知道碳12中有多少中子。嗯，是碳，所以这意味着我已经知道了质子数，这是它们两个的。这个12是碳12的质量数，所以质量数就是质子数加上中子数。质子数是6，和是12，那么这个家伙有6个中子。好吧，那这个呢?这家伙又是6个质子，但质子加中子是14，这意味着这家伙有8个中子。

好吧，如果我换个方式问呢?我该怎么写原子核由8个质子和12个中子组成的原子的符号呢?好吧，8个质子，这就告诉我们原子序数是8，这就意味着它是氧为了知道这些东西，你们面前必须有一个元素周期表但我想你们会有一个。这里是氧我们要在下标上写个8来提醒我们氧的原子序数是8它实际上不需要写在这里就像我们这里没有碳原子序数一样只要你告诉我它是碳原子序数6我们就把它写在这里只是为了高兴。那么质量数呢嗯，如果我有8个质子和12个中子，把它们加起来，质量数是20所以这是氧20。氧20不是一个稳定的原子核为什么不呢?问题就在这里当你在一个狭小的封闭空间里有很多质子都带正电。正电荷不喜欢彼此，所以原子核会爆炸。

但是有很多原子核，对吧?我的意思是你知道氧确实以某种形式存在而且它不会爆炸那么你怎么能让这8个质子紧挨着?原因是强大的力量发生的事情是有另一种力量与这个想让每个人都飞开的电力作斗争，它把每个人都拉在一起。现在中子参与了这个强的力它们实际上是它的一部分但是它们带0电荷。所以它们不会破坏电力问题所以我们有了所谓的强作用力平衡法。我们想要的是有足够的中子来稳定所有质子的斥力但是我们不想有太多的中子因为就像我之前说的中子比质子重一点。所以中子的成本更高。所以问题是质子越多电斥力的问题就越严重。但是中子越多质量的问题就越严重。他太重了，所以问题是，如果你想要这个很好的平衡氧原子20有太多中子，太多了，我是说12个中子，这比我需要的要多得多。 In fact I really only need about 8 neutrons to stabilize oxygen, so the issue is and this is just experimental, when you have a large atomic number like uranium 92 protons you need about one and a half times as many neutrons as you got protons about one and a half.

当你有一个小的原子序数，比如氧8，你需要质子的数量和中子的数量差不多，然后你就会有一个稳定的原子核。这就是原子核。