原子核与原子实.PDF

原子核与原子实 原子核与原子实是原子物理学中的两个基本概念，它们既有一定的联系又有一定的差 别．为此，这里我们特把“原子实”概念作一系统介绍，旨在使有些读者能明晓原子实概念 的全部内涵和外延，进而找出原子核与原子实的区别和联系． 原子核是原子的中心体，它的存在早在1911 年为卢瑟福的 粒子散射实验所证实．原  子核由带正电的质子和中性的中子（统称孩子）组成，它们靠核力的作用结合在一起，一般 成为一个稳定的结合体． 原子核的形状接近于球形，通常以原子核的半径表示原子核的大小，其数量级为 10 - 14 ~ 10 15 米，具体可按公式： 1/ 3 R r A 0 来计算．式中 R 为原子核的半径（核力作用半径）， 可近似地看作常数，测定值为 r 0 1.2 10 15 米，A 是所论原子核的质量数． 自然界中存在的元素大多数具有稳定的原子核，但原子序数很高的重元素，其原子核很 不稳定．另外，用高能粒子轰击稳定的原子核可产生人造原子核．现在已知的原子核已超过 2500 种，其中约有300 种是稳定的，其余全不稳定． 根据“行星式原子模型”，任何元素的原子都是由一个原子核和核外按一定规律分布在 一系列轨道上绕核运动的电子组成．那么，“原子实”到底是指什么呢？简言之，原子实就 是指原子中除价电子外的其余部分．原子的价电子一般是指原子最外层能参加化学键的电 子． 原子序数等于原子中的电子总数，现在可以列成如此整齐的形式决不是偶然的，这代表 着原子中电子有规则的组合．在这些组合中有一个共同点，就是在一个完整的结构之外还多 余一个电子．这个完整而稳固的结构称为原子实．如锂的原子实就由其原子核和核外两个电 子构成，钠的原子实就由其原子核和核外 10 个电子构成，其余类推． 碱金属原子一切内层电子都沿着对称的轨道绕核运动，因而平均说来，可以认为它们的 电荷均匀分布在以原子核为中心的一个或几个半径不同的球面上，负电荷中心重叠在原子中 心（即正电荷中心），对于处在最外层的价电子来说，它们起着对原子核的正电荷屏蔽的作 用．因此，我们可以近似地假定这Z －1 个电子与原子核一起构成一个带有正电荷＋e 的“整  体”．显然，对于这种情况，屏蔽常数 就是Z －1，有效核电荷Z * 1 ，而这里的所谓“整 体”就是上述所定义的“原子实”，只不过是从电特性的等效角度看问题而已．由此可见， 从电传性的等效角度看，“原子实”可等效于一个原子核，此原子核的核电荷就是有效核电 Z * Z   荷 ．式中屏蔽常数 的估计已由斯莱特（Slater，J ·C，1900～）根据光谱数据 归纳出一套方法． 概括起来说，原子核和原子实有以下几点联系和区别： （1）原子核和原子实两者都包含正电荷且都是原子的组成部分，但原子核不包括负电 荷而原子实一般包括负电荷，且负电荷数总是小于正电荷数． （2 ）从电特性的等效角度看，原子实是一个等效的原子核，而真正的原子核又是一个 特殊的原子实．譬如，氢原子的原子核对它的外层价电子来说，就是一个特殊的原子实（不 包括负电荷）． （3 ）原子实由原子核和除掉某一最外层价电子外的其他核外电子组成，放它是一个介 于原子核和原子之间的完整而稳固的结构整体． （4 ）原子核具有衰变现象（包括人工的）．另外，原子核还能产生裂变（重核）和聚变 （轻核），从而获得巨大的原子能．原子实作为一个等效的原子核，具有一种特殊的现象— —原子实的极化，原子实极化的强弱程度与原子实外的价电子轨道形成的形状和能量大小有 关密切联系．