[科普中国]-核电荷数

一个原子是由原子核和核外高速运动的电子所组成的。原子核又是由质子和中子（氕除外，其原子核只有质子，没有中子）组成的（不是分两层）每一个质子带一个单位正电荷，中子不显电性，有多少个质子就带多少单位正电荷，质子所带的正电荷数就叫核电荷序数。1

基本概念简介核电荷数=质子数=核外电子数=原子序数（离子内则要去掉核外电子数） 质子数+中子数=相对原子质量=质量数。1

核电荷数的测定1913年，莫斯莱（Henry Moseley）用不同元素作为产生x射线的靶子，测定其波长。他发现，每种元素能产生特征x射线，不同元素的特征x射线的波长不同。他从实验数据中总结出一个经验公式：

1= λa (Z-b)2

式中λ为特征x射线的波长，Z为原子序数，即元素在周期系中排列次序，a、b为常数。该式表明，λ倒数的平方根与原子序数成直线关系。

莫斯莱的研究成果揭示出，元素在周期系中的“位置”具有其内在根据，它是由元素的本性决定的，通过特征x射线波长的定量数值表现出来。这项成果确定了元素周期系的严格顺序，从氢到铀依次排列92种元素；同时解决了按原子量顺序排列的不协调问题，即揭开了元素排列顺序中原子量倒置之谜。例如，碲的序号为52，碘的序号为53，碲理应排在碘的前面。

发现历史1911年，英籍新西兰科学家卢瑟福(E．Rutherfovd，1871—1937)用a粒子散射实验发现了原子核，第一个提出了关于原子结构的行星式模型。他认为原子核就像太阳居于太阳系的中心那样居于原子的中心，若干电子就像行星环绕太阳公转似的围绕原子核旋转。并且断定原子核是集中了原子绝大部分质量的致密小球，具有与电子截然相反的电性——正电荷，于是就把原子核具有的这种正电荷叫核电荷。不过，这种核电荷在不同元素的原子中各有多少，当时还是个未知数。2

1913年，荷兰物理学家范登布洛夫提出，原子序数等于核电荷数。2

1920年，查德威克（J·chadwick）做了不同元素的α散射实验，测定核电荷，证明核电荷数等于原子序数。由此可以解释一系列问题。首先，解释了位移定则和同位素现象。元素放射出α粒子，由于核电荷数减少α，相应的，原子序数减少α，元素在周期系中向左位移两个位置；放射β粒子，核内一个中子转变成一个质子，放射出一个电子，核电荷数增加一个单位，元素在周期系中向右移一个位置。原子核电荷相同，在周期系中即处于同一个位置，不论其原子量是多少，这就是说，同一元素核电荷数相同，原子量不同。其次，核电荷数可以确定元素原子的电子数。第三，核电荷数等于原子序数，使后者得到了物理解释。

核电荷数等于原子序数，使元素周期系中的“位置”获得了具体的物理意义；同时，它具体说明了“位置”是由什么决定的问题，即由核电荷数决定的。因此，元素可以被理解为具有相同核电荷数的原子形式，或者说是具有相同核电荷数的一类原子。

1919年，卢瑟福（E·Rutherford）用α粒子轰击氮，实现了人工核反应。

元素与核电荷数元素概念在历史上演变的基本线索

最初，在化学确立为科学以前，元素是构成世界万物的本原和基础。在近代化学形成时期，继承了本原、基础的 思想，演变为物质可分解的限度，把元素看作不能分解或未能分解的物质。这种元素概念随着分解物质的技术、方法的进步，其所包含的对象的范围（元素概念的外延），先是大于实际存在的元素范围，继之等于、进而小于实际存在的元素范围，到20世纪，一切元素都是可以分解的，这种元素概念再也不能反映元素的真实情况了。在近代化学发展时期，不可分解或未能分解这个特征被承继下来，并被转移到原子上，以化学原子论为基础，使化学元素概念获得了新的意义，化学元素表现为具有相同原子量的一类原子。在现代化学中，原子量已被证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义，而且以此为基础，进一步充实、发展，揭示了化学元素的本质特征，元素是具有相同核电荷数的原子形式。3

化学元素的含义通过概念的关系被揭示出来

在这个演变过程中，化学元素的含义是通过它与其他概念的关系获得表现的，或者说是通过概念之间的关系被揭示出来的。具体地说有三种关系：第一种关系，元素和化合物的关系，元素是化合物的分解的限度，是组成化合物的成分，这个成分的具体物质形式是什么呢？这就要求考察第二种关系，即元素和原子的关系，从这种关系来看，元素是一类原子，或原子种类，依据现代观点，元素是具有相同核电荷数（核内质子数）的原子形式，或者说是核电荷数（核内质子数）相同的一类原子，在这个意义上，元素和原子具有相同点，每一化学元素符号既表示一种元素又表示该元素的一个原子。但是元素和原子又是有区别的，不能将二者混淆。从化学或科学的观点说，元素是表示组成的概念，而原子可以表示组成，同时又能表示结构，表示物质的不连续性和颗粒性。因此，元素和单质既相联系又相区别。三种关系、三种含义是密切联系的，其中，化学元素是原子形式、一定种类的原子，按现代观点，是质子数（核电荷数）相同的原子，这是化学元素概念的核心，它指出了化学元素的物质内容，而其他两种关系，则指出了元素的存在形式，化合物是不同元素共存的形式，单质是同种元素在游离状态下的存在形式。4

元素和原子是有区别的

正如上面刚刚指出过的，元素和原子是有区别的，化学元素意义上的原子量和原子意义上的原子量也是有区别的。在发现氧的同位素以后，物理学中采用O16=16.00作为原子量的基准，化学中仍用天然氧原子量等于16.00作为基准。1960年，国际物理学会接受德国质谱学家马塔斯的建议，采用C12=12.00作为测定原子量的基准；1961年，国际化学会也采用这一基准。尽管如此，化学中的原子量和物理学中的原子量仍然是有区别的，或者说元素的原子量和原子的原子量是不同的。原子的原子量（或者说物理学中的原子量）在历史上指的原子重量（atomic weight），但是，重量和质量是有区别的，重量是个可变量。国际原子能委员会认为，原子（重）量这一术语是历史上形成的，已为使用者所理解，进而提出“原子质量”表示核素的量，以区别于元素的原子量。4

核素和元素也是有区别的

核素和元素是有区别的。元素是指具有相同质子数的同一类原子的总称，核素则是具有一定数目的质子和一定数目的中子的一种原子，每种元素都有一种或两种或两种以上的核素，现在已知元素109种，已知核素2000多种。核素和同位素也是有区别的。同位素指的是在元素周期表中占据同一位置、质子数相同中子数不同的同一元素的原子，核素指的是质子数相同、中子数也相同的原子。

从发展的观点看问题，过去常说的放射性“元素”，非放射性“元素”，应当用“核素”来代替。说成稳定核素、放射性核素。5

放射性元素、非放射性元素都是可以转化的

元素，无论是放射性元素还是非放射性元素都是可以转化的，前者可天然转化，后者可通过人工方式实现转化。以前那种认为元素是绝对不变的、不可转化的观点，最终被证明是没有根据的。5

相关推广一个原子是由原子核和核外高速运动的电子所组成的。原子核又是由质子和中子组成的（不是分两层）每一个质子带一个单位正电荷，有多少个质子就带多少单位正电荷，质子所带的正电荷数就叫核电荷数，所以核电荷数=核内质子数，我们常说氧原子的“核电荷数”是8，也就是指明氧原子的质子数是8，氧元素的原子序数为8，氧原子核外电子数是8。这是因为每一个电子是带一个单位的负电荷，而整个原子是不显电性的即电中性的，因此核电荷数一定等于核外电子数。6

本词条内容贡献者为:

代祥光 - 副教授 - 西南大学电子信息工程学院