20-1原子核的基本性质

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1、§§20-120-1原子核的基本性质原子核的基本性质卢1.原子核的电荷和质量1.原子核的电荷和质量瑟福(1)原子核的电荷原子核带有正电荷，原子核中的电荷由质子数Z决定，质子数Z等于核外电子数，它决定了原子在周期表中的位置与次序，因此Z又称为原子序数。原子核所带电量是电子电量的整数倍：q=Ze原子核的电荷和质量原子核的电荷和质量（2）原子核的质量原子核的质量等于原子的质量减去核外电子的质量，由于核外电子的质量极小，原子核的质量与原子的质量相差极小。原子核的质量等于质子的质量加中子的质量。12原子质量单位(u)：选碳的同位素

2、6C原子质量的1/12为一个原子质量单位（u）：−3112×10−27u1=⋅=.16606×10kg1223.6022×10原子核的电荷和质量原子核的电荷和质量表20-1几种同位素的原子质量同位素原子质量(u)同位素原子质量(u)1121H.10078256C12.000002131H.20141026C13.0033543231H.301605011Na22.9897733632He.301603029Cu62.92959442382He.400260392U238.04861原子核的电荷和质量原子核的电荷和质量由表

3、20-1可见，以“原子质量单位”(u)计算原子的质量时，原子质量都接近于一个整数，这个整数称为原子核的质量数，或称核子数，以A表示。原子核通常用质量数(A)和电荷数(Z)来表示.若某化学元素符号用X来表示，则该原子核表示为：ΑXΖ原子核的电荷和质量原子核的电荷和质量核素：Z和A都相同的原子核称为某种核素。同位素：Z相同而A不同的原子核称为同位素。同位素有稳定同位素和放射性同位素之分。居里居里夫人放射性同位素：自发地衰变为其他元素，同时放出一高能粒子。2.原子核的大小和形状2.原子核的大小和形状(1)原子核的大小原子核的半

4、径大约10-14—10-15m,是原子半径的10-4—10-5倍。实验指出，核的体积正比于质量数A。若把原子核看作球体，则14333πR∝AR∝AR∝A3fm为飞米，则上式可写为：1R=RA3−150(R0=2.1×10m=2.1fm)1R=2.1A3fm原子核的大小和形状原子核的大小和形状1216107238根据式(20-1)可以算得6C、8O、47Ag和92U核半径分别为:112C:R≈1.2×123=7.2fm6116O:R≈1.2×163=0.3fm81107Ag:R≈1.2×1073=7.5fm471238U:

5、R≈1.2×2383=4.7fm92原子核的大小和形状原子核的大小和形状(2)原子核的形状以上我们假定原子核是球体。原子核是一个电荷系统，若原子核是球体，它所带的电荷是均匀分布的。事实上，用精密光谱仪分析发现原子光谱中有来源于原子核电四极矩的超精细结构，说明原子核的电荷分布大多应为旋转椭球体，而核物质分布与电荷分布类似。一般椭球的长轴与短轴之比不超过5/4，与球体偏离不大，所以可把这些原子近似地看作球体。但有16238些原子核本身就是球体，如8O。图20-1画出了92U16和O两个原子核的形状尺寸示意图。8原子核的大小和

6、形状原子核的大小和形状6.8fm3.2fm8.9fm16238OU89216238O和核U的形状892原子核的大小和形状原子核的大小和形状−3核子密度/fm0.21221971659CoSbAuO0.1024678rfm核物质的分布曲线原子核的大小和形状原子核的大小和形状例：计算原子核物质密度。解:设原子核的质量、半径和密度分别为m、R和ρmmAuρ==≈41V34−1533πR2.1(×10)πAm33−27−27A×.1(66×10kg).1(66×10)A3==kg/m144−15−15333π2.1(×10)Aπ

7、2.1(×10m)(A)33173=3.2×10kg/m原子核的大小和形状原子核的大小和形状由上式可知：(a)各种原子核应有相同的核物质密度。(b)原子核密度数值是极其巨大的，与“中子星”的密度相当。像一个乒乓球那么大的核物质，其重量约为20亿吨。3.原子核的组成3.原子核的组成质子和中子统称为核子，原子核由Z个质子和A−Z个中子构成。原子核的组成原子核的组成(1)原子核的组成之一：质子氢原子核有最小的电荷数和质量数，而其他原子核的电荷恰好是氢核电荷的整数倍。那么，各种原子核是否由氢原子核组成？1919年卢瑟福曾用α粒子

8、轰击氮核，结果产生一个氧核和一个氢核。这说明氮核中确定存在有氢核。于是断定氢核是构成其他原子核的带电的基本粒子，并定名为质子，用符号p表示。质子的质量为：m=.1007277up原子核的组成原子核的组成(2)原子核的组成之二：中子A从A>Z可见，一个X的原子核并非仅包Z含Z个质子。1930年玻特和贝克用α粒子轰击铍核