元素的組成

天高地圓 2009-09-16

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一般認為，原子由原子核和核外電子組成，原子核是由質(zhì)子和中子組成的，中子和質(zhì)子的組成比必須在一定的范圍內(nèi)才能保持核子的相對穩(wěn)定，才不具有放射性。
如果認為原子是由質(zhì)子和核外電子組成，核內(nèi)不存在中子，核內(nèi)的中子由質(zhì)子和核內(nèi)電子組成。則核內(nèi)質(zhì)子數(shù)即為核子數(shù)，核內(nèi)電子數(shù)即為中子數(shù)。核內(nèi)的所有電子不屬于某些核子獨有，核內(nèi)電子好象核外電子一樣圍繞著所有質(zhì)子運動，核內(nèi)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。
因為核子都是質(zhì)子，都帶正電，核內(nèi)電子帶負電，核內(nèi)電子在電磁力作用下繞核子作環(huán)繞運動。由于核內(nèi)電子更接近核子，所受到的電磁作用力更強烈，這就是為什么核外電子容易電離而核內(nèi)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(nèi)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；不同的原子核，核內(nèi)電子逃逸出來所需的能量大不一樣，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(dǎo)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(nèi)的電子同樣也有相似的規(guī)律，不同的是原子核的排列順序不同于化學(xué)元素周期表的順序。需根據(jù)原子核的性質(zhì)來重新排列，按原子核的性質(zhì)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(jù)原子核內(nèi)中子數(shù)（或核子數(shù)）的多少作為順序來排列的，因為中子數(shù)（或核子數(shù)）的多少決定了核（或核外電子）的性質(zhì)。
根據(jù)以上討論，得出如下結(jié)論。
（1）質(zhì)子是中子失去電子后的裸體。
（2）中子是由質(zhì)子和電子組成，但要和氫區(qū)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不一樣。中子中的電子一般不參與化學(xué)反應(yīng)，只參與高能量級的核反應(yīng)，而氫中的電子參與化學(xué)反應(yīng)，電子容易電離成為自由電子。
（3）超導(dǎo)的產(chǎn)生與核內(nèi)電子的運動和能級有關(guān)。核內(nèi)電子逃逸能低的核，產(chǎn)生超導(dǎo)所需的溫度就高，可以通過原子核周期表中不同的位置來尋找超導(dǎo)溫度高的元素。對應(yīng)有些核內(nèi)電子在低溫下極易發(fā)射出低能電子，使得該電子成為原子外的束縛電子。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(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。當(dāng)溫度升高，開始發(fā)射出的電子又回到核內(nèi)，該原子又恢復(fù)原來性質(zhì)。
（4）多中子原子核，核內(nèi)電子層的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，根據(jù)以前的原子能級圖可知，核外電子的躍遷，將以吸收或發(fā)射電磁波的形式表現(xiàn)出來，同樣原子核的能級圖也是通過原子核內(nèi)電子的躍遷，同樣也以吸收或發(fā)射高能電磁波的形式表現(xiàn)出來。當(dāng)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(fā)到高能級（亞穩(wěn)態(tài)），處于亞穩(wěn)態(tài)的核子極不穩(wěn)定，又會躍遷發(fā)出高能電磁波。具有放射性的核都處于一種極不穩(wěn)定的高能態(tài)。根據(jù)不同原子核的結(jié)構(gòu)和不同的高能態(tài)，可產(chǎn)生α粒子、β射線、γ射線等等多種核放射反應(yīng)。有些處于穩(wěn)態(tài)的核，當(dāng)受到外界中子輻射等作用后，可使其激發(fā)躍遷到亞穩(wěn)態(tài)，核子受激發(fā)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(nèi)的電子受激躍遷。對于氫核，核內(nèi)沒有電子，則它的核就不存在能級。核內(nèi)中子數(shù)越多的元素的核能級圖就越復(fù)雜。能發(fā)射出來的電磁波的種類就越多。
（5）核內(nèi)電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的數(shù)量關(guān)系。一般情況下電子數(shù)少于質(zhì)子數(shù)。核內(nèi)電子數(shù)達到一定程度就會飽和，再增加電子，核的半徑將增加，質(zhì)子對核內(nèi)外層電子的吸引力下降，甚至不足以保持電子在核內(nèi)繞核運動而發(fā)生躍遷成為β射線。
α粒子（氦原子核）是基本粒子中最穩(wěn)定的核子之一，穩(wěn)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(jié)構(gòu)，它的“硬度”最高，在一般外力作用下難以分裂。類α粒子（核子數(shù)為4的倍數(shù)）都是類似金剛石的正四面體結(jié)構(gòu)，因而是相對穩(wěn)定的粒子