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与原子核有关的化学知识

来源:未知作者:王笃年 点击:所属专题: 原子构成
1.质子都带有正电荷,同性的正电荷之间相互排斥,为什么它们可以聚集在一起形成稳定的原子核呢? 说质子之间会相互排斥,那是因为它们之间存在电磁作用力。 可是,自然界不只存在电磁作用这一类作用力。除电磁作用外,还有强相互作用、弱相互作用、以及万有引力。 原子核那

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1. 质子都带有正电荷,同性的正电荷之间相互排斥,为什么它们可以聚集在一起形成稳定的原子核呢?

说质子之间会相互排斥,那是因为它们之间存在电磁作用力。

可是,自然界不只存在电磁作用这一类作用力。除电磁作用外,还有强相互作用、弱相互作用、以及万有引力。

原子核那么狭小的空间内,正是由于质子与中子之间存在的强相互作用力,克服了质子之间的电磁排斥作用,才使带有同性电荷的质子紧密“团结”在一起,形成稳定原子核。

按照现代物理学的说法,强相互作用力是存在于核子(指质子和中子)间的一种力,强度极高、作用距离极短,只能在原子核内部表现出来,是自然界四种基本作用力中强度最大、作用距离最短的一种力。

至于这种强相互作用力的本质,目前还不能够完全说清楚。

事实上、其他三类作用力的本质,也很难说清楚,比如为什么电磁作用力中有“同性电荷相斥、异性电荷相吸”的规律?为什么任何物质之间都存在万有引力?

我们应该注意到,凡是含有2个或2个以上质子的核内,都一定含有中子,而且多数情况下中子数目不少于质子的数目。

科学家猜想,中子在核内强相互作用形成中起到了关键作用。有人猜想,中子不断产生出的中微子,起到传递强相互作用力的作用。

由于强相互作用力是短程力,质子、中子间的距离大于2×10-15m时,强相互作用很快下降、消失;间距在 1×10-15 m - 2×10-15 m之间时,强相互作用表现为吸引为主;间距小于1×10-15m时则表现为斥力为主,且随距离的减小斥力迅速增大,所以核内的质子、中子既不会四散分裂,也不会融合为一体。

2. 一个质子的相对质量是1.007,一个中子的相对质量是1.008,35Cl原子中有17个质子和18个中子,其相对质量按说应该大于35,而35Cl的相对原子质量只有34.969,小于35,这如何理解?

1.007、1.008分别是指独立存在的质子、中子的质量,而处于结合态的质子、中子跟它们处于孤立状态时有所不同。

我们都知道,核聚变过程中会释放出大量的能量,这是氢弹工作的原理,也是人类多年来一直努力追求的可控核聚变发电所依据的基本原理。

氢弹爆炸与可控核聚变所释放的巨大能量来源便是质量亏损,质子、中子结合成原子核过程中损失的质量m,按爱恩斯坦质能方程E = mc转化成能量释放出来。

这就是为什么多数原子的相对质量小于组成核的独立质子、中子质量之和的主要原因。

3.质子、中子都是由三个夸克构成的,为什么其电性和质量却不同?

目前的研究认为,质子、中子都不是基本粒子(基本粒子是指用当前科学手段不可再分的粒子),它们都是由夸克构成的。

夸克有多种,可以粗略认为,构成质子和中子的夸克有所不同,导致了其电性和质量的差异。

研究表明,质子和中子分别由3个夸克构成,构成质子的是2个上夸克(代号u)、1个下夸克(代号d),每个上夸克带有2/3个正电荷,每个下夸克带有1/3个负电荷,所以质子带有的电荷数为+1;而构成中子的是1个上夸克、2个下夸克,所以中子所带的净电荷为0。

从质子、中子的质量差看,可以粗略的认为下夸克的质量略大于上夸克,所以整个中子的质量比质子略大一点。

在某些原子核的衰变过程中,会从核内释放出负电子(β粒子,记为e-),可以认为就是中子内的一个下夸克分裂出一个负电子e- 变为上夸克,其电性和电量由-变为负电子的-1和上夸克的+ [- = -1 + (+)]。

借用宏观世界的质量守恒、电量守恒的思维方式,这是可以理解的。

中子内夸克的变化,导致了该粒子性质的变化,它由电中性粒子释放出负电子变为带+1单位电荷的质子,含有该粒子的元素随之发生了变化。如碳-14的衰变:14C → 14N + e-

(责任编辑:化学自习室)
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