原子核的半径为10-~10- cm.约为原子半径的万分之一。如果把原子设想成一个直径为10 m的球体,那么原子核也只有芝麻那么大,所以说原子内部的绝大部分是空的。(注:了解什么是原子核与原子核的内部)
原子核虽小,却占有原子的99%以上的质量,通过散射实验可以测定核的近似半径,实验表明核的半径r与原子质量数A的1/3次方成正比。这说明无论哪一种元素,其核的密度是相同的。(注:无论那种元素它的密度都是相同的)
正如原子中的电子处于运动中一样,核中的粒子,即质子和中子也处于运动中,因而核具有角动量和磁矩。光谱分析表明,核的角动量和磁矩也是量子化的。(注:量子化的产生由来)
原子核的总质量总是小于它的组成部分的质量和,这是因为其中的一部分质量用于转变成原子核的结合能。即把原子核中粒子结合在一起的吸引力有关的负电位能的质量当量。例如,氢同位素氘的核由1个质子和1个中子组成,已知两者质量之和为mp+mn=2.015942 u.而氘核的实际质量md=2.013 552 u,质量差值mp+mn-md=0.002 390 u.由质能公式E= moC可求得相应的能量为2.225 MeV,这部分能量为结合能。(注:说明原子核的总质量总是小于它的组成部分的质量和,予以举例说明)在原子核内,带正电的质子间存着库仑斥力,但质子和中子仍能非常紧密地结合在一起,这说明核内存在着一个非常大的力,即核力。核力具有以下性质:
第一,核力与电荷无关,无论中子还是质都受到核力的作用。
第二,核力是短程力,只有在相邻原子核之间发生作用,因此,一个核子所能相互作用的其他核子数目是有限的,这称为核力的饱和性
第三,核力比库仑力约大100倍,是一种强相互作用。
第四,核力能促成粒子的成对结合(例如,两个自旋相反的质子或中子)以及对对结合(即总自旋为零的一对质子和一对中子的结合)。(注:核力的由来与核力的性质)
根据以上核力的性质以及核力与库仑力之间的竞争,可以定性了解原子核的稳定性,电于核力促成原子核成对结合和对对结合,如果不考虑库仑力,最稳定的应是中子数和质子数相等的那些核,考虑库仑斥力后,则应是包含更多中子的核更稳定。但中子数过多的核又是不稳定的,因为没有足够的质子来与中子配对;质子过多的核也是不稳定的,因为库仑斥力将随之增大。核稳定性与中子数、质子数的关系为:对小质量数的核,N/Z=1附近较稳定,这个比值随核质量数的增大而增加:对大质量数的核,N/Z=1.6附近的核较稳定。
采用人为的方法,以中子、质子或其他基本粒子作为炮弹轰击原子核,从而改变核内质子或中子的数目,便可以制造出新的核素,也可以使稳定的核素变为不稳定的核素。(注:简述如何让原子核发生变化)
现已发现的约2 000种核素中,天然存在的有300多种,其中有30多种是不稳定的:人工制造的有1 600多种,其中绝大部分是不稳定的。不稳定的核素会自发蜕变,变成另一种核素,同时放出各种射线,这种现象称为放射性衰变。
放射性衰变有多种模式,其中最主要的有:
1. a衰变放出带2个正电荷的氦核,衰变后形成的子核,核电荷数较母核减2,即在周期表上前移两位,而质量数较母核减少4。
2. β衰变包括β-衰变、β+时衰变和轨道电子俘获,其中:
β-衰变:母核放出电子,衰变后子核的质量数不变,而核电荷数增加1,即在周期表上后移一位。
轨道电子俘获:母核俘获核外轨道上的一个电子(最常见的是俘获K层电子,称为K俘获),核中的一个质子转为中子,即子核在周期表上前移一位。
3. r衰变放出波长很短的电磁辐射,衰变前后核的质量数和电荷数均不发生改变。
r衰变总是伴随着a衰变或β衰变而发生,母核经α衰变或β衰变到子核的激发态。这种激发态核是不稳定的,它要通过r衰变过渡到正常态。所以r射线是原子核由高能级跃迁到低能级而产生的。(注:射线的产生与由来)