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核電荷數
質(zhì)子所帶的正電荷數
基本概念
簡(jiǎn)介
核電荷數的測定
1913年，莫斯萊（Henry Moseley）用不同元素作為產(chǎn)生x射線(xiàn)的靶子，測定其波長(cháng)。他發(fā)現，每種元素能產(chǎn)生特征x射線(xiàn)，不同元素的特征x射線(xiàn)的波長(cháng)不同。他從實(shí)驗數據中總結出一個(gè)經(jīng)驗公式：
式中λ為特征x射線(xiàn)的波長(cháng)，Z為原子序數，即元素在周期系中排列次序，a、b為常數。該式表明，λ倒數的平方根與原子序數成直線(xiàn)關(guān)系。
莫斯萊的研究成果揭示出，元素在周期系中的“位置”具有其內在根據，它是由元素的本性決定的，通過(guò)特征x射線(xiàn)波長(cháng)的定量數值表現出來(lái)。這項成果確定了元素周期系的嚴格順序，從氫到鈾依次排列92種元素；同時(shí)解決了按原子量順序排列的不協(xié)調問(wèn)題，即揭開(kāi)了元素排列順序中原子量倒置之謎。例如，碲的序號為52，碘的序號為53，碲理應排在碘的前面。
發(fā)現歷史
1911年，英籍新西蘭科學(xué)家盧瑟福(E．Rutherfovd，1871—1937)用a粒子散射實(shí)驗發(fā)現了原子核，第一個(gè)提出了關(guān)于原子結構的行星式模型。他認為原子核就像太陽(yáng)居于太陽(yáng)系的中心那樣居于原子的中心，若干電子就像行星環(huán)繞太陽(yáng)公轉似的圍繞原子核旋轉。并且斷定原子核是集中了原子絕大部分質(zhì)量的致密小球，具有與電子截然相反的電性——正電荷，于是就把原子核具有的這種正電荷叫核電荷。不過(guò)，這種核電荷在不同元素的原子中各有多少，當時(shí)還是個(gè)未知數。
1913年，荷蘭物理學(xué)家范登布洛夫提出，原子序數等于核電荷數。
1920年，查德威克（J·chadwick）做了不同元素的α散射實(shí)驗，測定核電荷，證明核電荷數等于原子序數。由此可以解釋一系列問(wèn)題。首先，解釋了位移定則和同位素現象。元素放射出α粒子，由于核電荷數減少α，相應的，原子序數減少α，元素在周期系中向左位移兩個(gè)位置；放射β粒子，核內一個(gè)中子轉變成一個(gè)質(zhì)子，放射出一個(gè)電子，核電荷數增加一個(gè)單位，元素在周期系中向右移一個(gè)位置。原子核電荷相同，在周期系中即處于同一個(gè)位置，不論其原子量是多少，這就是說(shuō)，同一元素核電荷數相同，原子量不同。其次，核電荷數可以確定元素原子的電子數。第三，核電荷數等于原子序數，使后者得到了物理解釋。
核電荷數等于原子序數，使元素周期系中的“位置”獲得了具體的物理意義；同時(shí)，它具體說(shuō)明了“位置”是由什么決定的問(wèn)題，即由核電荷數決定的。因此，元素可以被理解為具有相同核電荷數的原子形式，或者說(shuō)是具有相同核電荷數的一類(lèi)原子。
元素
?元素概念在歷史上演變的基本線(xiàn)索
最初，在化學(xué)確立為科學(xué)以前，元素是構成世界萬(wàn)物的本原和基礎。在近代化學(xué)形成時(shí)期，繼承了本原、基礎的 思想，演變?yōu)槲镔|(zhì)可分解的限度，把元素看作不能分解或未能分解的物質(zhì)。這種元素概念隨著(zhù)分解物質(zhì)的技術(shù)、方法的進(jìn)步，其所包含的對象的范圍（元素概念的外延），先是大于實(shí)際存在的元素范圍，繼之等于、進(jìn)而小于實(shí)際存在的元素范圍，到20世紀，一切元素都是可以分解的，這種元素概念再也不能反映元素的真實(shí)情況了。在近代化學(xué)發(fā)展時(shí)期，不可分解或未能分解這個(gè)特征被承繼下來(lái)，并被轉移到原子上，以化學(xué)原子論為基礎，使化學(xué)元素概念獲得了新的意義，化學(xué)元素表現為具有相同原子量的一類(lèi)原子。在現代化學(xué)中，原子量已被證明不是元素概念的基本特征，而元素周期系中的位置仍保留了它的意義，而且以此為基礎，進(jìn)一步充實(shí)、發(fā)展，揭示了化學(xué)元素的本質(zhì)特征，元素是具有相同核電荷數的原子形式。
?化學(xué)元素的含義通過(guò)概念的關(guān)系被揭示出來(lái)
在這個(gè)演變過(guò)程中，化學(xué)元素的含義是通過(guò)它與其他概念的關(guān)系獲得表現的，或者說(shuō)是通過(guò)概念之間的關(guān)系被揭示出來(lái)的。具體地說(shuō)有三種關(guān)系：第一種關(guān)系，元素和化合物的關(guān)系，元素是化合物的分解的限度，是組成化合物的成分，這個(gè)成分的具體物質(zhì)形式是什么呢？這就要求考察第二種關(guān)系，即元素和原子的關(guān)系，從這種關(guān)系來(lái)看，元素是一類(lèi)原子，或原子種類(lèi)，依據現代觀(guān)點(diǎn)，元素是具有相同核電荷數（核內質(zhì)子數）的原子形式，或者說(shuō)是核電荷數（核內質(zhì)子數）相同的一類(lèi)原子，在這個(gè)意義上，元素和原子具有相同點(diǎn)，每一化學(xué)元素符號既表示一種元素又表示該元素的一個(gè)原子。但是元素和原子又是有區別的，不能將二者混淆。從化學(xué)或科學(xué)的觀(guān)點(diǎn)說(shuō)，元素是表示組成的概念，而原子可以表示組成，同時(shí)又能表示結構，表示物質(zhì)的不連續性和顆粒性。因此，元素和單質(zhì)既相聯(lián)系又相區別。三種關(guān)系、三種含義是密切聯(lián)系的，其中，化學(xué)元素是原子形式、一定種類(lèi)的原子，按現代觀(guān)點(diǎn)，是質(zhì)子數（核電荷數）相同的原子，這是化學(xué)元素概念的核心，它指出了化學(xué)元素的物質(zhì)內容，而其他兩種關(guān)系，則指出了元素的存在形式，化合物是不同元素共存的形式，單質(zhì)是同種元素在游離狀態(tài)下的存在形式。
?元素和原子是有區別的
正如上面剛剛指出過(guò)的，元素和原子是有區別的，化學(xué)元素意義上的原子量和原子意義上的原子量也是有區別的。在發(fā)現氧的同位素以后，物理學(xué)中采用
作為原子量的基準，化學(xué)中仍用天然氧原子量等于16.00作為基準。1960年，國際物理學(xué)會(huì )接受德國質(zhì)譜學(xué)家馬塔斯的建議，采用
作為測定原子量的基準；1961年，國際化學(xué)會(huì )也采用這一基準。盡管如此，化學(xué)中的原子量和物理學(xué)中的原子量仍然是有區別的，或者說(shuō)元素的原子量和原子的原子量是不同的。原子的原子量（或者說(shuō)物理學(xué)中的原子量）在歷史上指的原子重量（atomic weight），但是，重量和質(zhì)量是有區別的，重量是個(gè)可變量。國際原子能委員會(huì )認為，原子（重）量這一術(shù)語(yǔ)是歷史上形成的，已為使用者所理解，進(jìn)而提出“原子質(zhì)量”表示核素的量，以區別于元素的原子量。
?核素和元素也是有區別的
核素和元素是有區別的。元素是指具有相同質(zhì)子數的同一類(lèi)原子的總稱(chēng)，核素則是具有一定數目的質(zhì)子和一定數目的中子的一種原子，每種元素都有一種或兩種或兩種以上的核素，現在已知元素109種，已知核素2000多種。核素和同位素也是有區別的。同位素指的是在元素周期表中占據同一位置、質(zhì)子數相同中子數不同的同一元素的原子，核素指的是質(zhì)子數相同、中子數也相同的原子。
從發(fā)展的觀(guān)點(diǎn)看問(wèn)題，過(guò)去常說(shuō)的放射性“元素”，非放射性“元素”，應當用“核素”來(lái)代替。說(shuō)成穩定核素、放射性核素。
?放射性元素、非放射性元素都是可以轉化的
元素，無(wú)論是放射性元素還是非放射性元素都是可以轉化的，前者可天然轉化，后者可通過(guò)人工方式實(shí)現轉化。以前那種認為元素是絕對不變的、不可轉化的觀(guān)點(diǎn)，最終被證明是沒(méi)有根據的。
相關(guān)推廣
一個(gè)原子是由原子核和核外高速運動(dòng)的電子所組成的。原子核又是由質(zhì)子和中子組成的（不是分兩層）每一個(gè)質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷，有多少個(gè)質(zhì)子就帶多少單位正電荷，質(zhì)子所帶的正電荷數就叫核電荷數，所以核電荷數=核內質(zhì)子數，我們常說(shuō)氧原子的“核電荷數”是8，也就是指明氧原子的質(zhì)子數是8，氧元素的原子序數為8，氧原子核外電子數是8。這是因為每一個(gè)電子是帶一個(gè)單位的負電荷，而整個(gè)原子是不顯電性的即電中性的，因此核電荷數一定等于核外電子數。
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