[科普中国]-核内电子

原子核是由质子和中子组成的，中子和质子的组成比必须在一定的范围内才能保持核子的相对稳定，才不具有放射性。 如果认为原子是由质子和核外电子组成，核内不存在中子，核内的中子由质子和核内电子组成。则核内质子数即为核子数，核内电子数即为中子数。

简介核内的所有电子不属于某些核子独有，核内电子好像核外电子一样围绕着所有质子运动，核内的电子属于每一个核子，就好像核外的电子属于整个原子核一样。1

因为核子都是质子，都带正电，核内电子带负电，核内电子在电磁力作用下绕核子作环绕运动。由于核内电子更接近核子，所受到的电磁作用力更强烈，这就是为什么核外电子容易电离而核内电子难以电离、离核远的电子容易电离而离核近的电子难以电离的原因。1

运动原理同核外电子的情况一样，核内电子也是分层运动的，离核较近的电子受到的约束较强，电离所需的能量就较大；不同的原子核，核内电子逃逸出来所需的能量大不一样，就像元素周期表中元素的排列顺序，金属原子核外电子的电离能低，而非金属原子核外电子的电离能高。所以金属原子具有自由电子，是电的良导体，而非金属原子核外电子束缚的很紧，没有自由电子，是绝缘体。对核内的电子同样也有相似的规律，不同的是原子核的排列顺序不同于化学元素周期表的顺序。需根据原子核的性质来重新排列，按原子核的性质周期性变化排列出来的表叫做原子核周期表。1

原子核周期表是根据原子核内中子数（或核子数）的多少作为顺序来排列的，因为中子数（或核子数）的多少决定了核（或核外电子）的性质。1

性质（1） 质子是中子失去电子后的裸体。2

（2） 中子是由质子和电子组成，但要和氢原子区别开来。中子的电子的电离能比氢原子中的电子的电离能高得多，电子离核的远近也大不一样。中子中的电子一般不参与化学反应，只参与高能量级的核反应，而氢原子中的电子参与化学反应，电子容易电离成为自由电子。2

（3） 超导的产生与核内电子的运动和能级有关。核内电子逃逸能低的核，产生超导所需的温度就高，可以通过原子核周期表中不同的位置来寻找超导温度高的元素。对应有些核内电子在低温下极易发射出低能电子，使得该电子成为原子外的束缚电子。这样，原子半径增加了，核外电子束缚力下降了，自由电子更容易在电场作用下运动，因而出现超导现象。当温度升高，开始发射出的电子又回到核内，该原子又恢复原来性质。2

（4） 多中子原子核，核内电子层的结构较为复杂，根据以前的原子能级图可知，核外电子的跃迁，将以吸收或发射电磁波的形式表现出来，同样原子核的能级图也是通过原子核内电子的跃迁，同样也以吸收或发射高能电磁波的形式表现出来。当极高能量的电磁波照射原子核时，与之相同能级的原子核激发到高能级（亚稳态），处于亚稳态的核子极不稳定，又会跃迁发出高能电磁波。具有放射性的核都处于一种极不稳定的高能态。 根据不同原子核的结构和不同的高能态，可产生α粒子、β射线、γ射线等等多种核放射反应。有些处于稳态的核，当受到外界中子辐射等作用后，可使其激发跃迁到亚稳态，核子受激发的能量必须与核能级的能量相吻合。能量太低只能使核外电子受激跃迁。不能使核内的电子受激跃迁。对于氢核，核内没有电子，则它的核就不存在能级。核内中子数越多的元素的核能级图就越复杂。能发射出来的电磁波的种类就越多。2

（5） 核内电子数与质子数的数量关系。一般情况下电子数少于质子数。核内电子数达到一定程度就会饱和，再增加电子，核的半径将增加，质子对核内外层电子的吸引力下降，甚至不足以保持电子在核内绕核运动而发生跃迁成为β射线。2

α粒子（氦原子核）是基本粒子中最稳定的核子之一，稳定的原因是其中的4个基本粒子是类似金刚石的正四面体结构，它的“硬度”最高，在一般外力作用下难以分裂。类α粒子（核子数为4的倍数）都是类似金刚石的正四面体结构，因而是相对稳定的粒子2

（6） 化学元素周期表2

核外电子一个原子的核内和核外电子的物理空间没有绝对界限。核内的电子和核外的电子一样，只是处于不同的运动轨道、离核远近不同、能级上有差别，所以很难说哪个能级是核内电子所具有的哪个能级是核外电子的。对核外有多个电子的原子，很难将最里层的核外电子电离出来。原子核内电子和核外电子没有绝对界限。原子由质子和绕质子着高速运动的电子组成，原子内部不存在中子。所谓中子，是最简单的原子。氕也是最简单的原子，它们的组成形式十分相似，是一种同一种物质处于两种不同能级状态。中子中的电子处于极低的能级状态，离核较近；而氕原子中的电子则处于较高的能级状态，离核较远，电离能较小，能参与化学反应。如果给中子以极高能量的电磁辐射，核外的电子也可以跃迁到氕的高能级状态。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所