数理化札记50: 原子 - johanzumimvon/1 GitHub Wiki
原子由电子(エレㇰチョㇴ)、原子核构成, 且中性原子的电子数等于原子核的质子数.
稀有气体(ニューㇴ类)的原子是最为稳定的, 稀有气体的原子可单独存在, 并形成稳定单质(elementalum, エレメㇴタルㇺ). 按照这种说法, 稀有气体只有八种: 氦(ヘーリュㇺ)、氖(ニューㇴ)、氩(アーㇻ̲ゴㇴ)、氪(ㇰリㇷ゚トㇴ)、氙(ㇰセノㇴ)、氡(ラドㇴ)、鿔(コペㇻ̲ニキュㇺ)、鿫(オガネソㇴ).
虽然气态汞是单原子, 但是液态汞、固态汞存在弱的金属键(强度类似于范德华力(ワㇴデォーヱーㇻ̲ㇲリㇰ), 但依然是金属键), 因此汞不属于稀有气体. 汞被降到接近绝对零度时会表现出超导现象(电阻为零), 更加说明汞不是稀有气体.
另外, 除了氖, 稀有气体都可以發生化学反应生成对应的化合物:
化合物 | |
---|---|
氦 | Na₂He |
氖 | |
氩 | HArF |
氪 | KrF₂ |
氙 | XeF₂, XeF₄, XeO₃, XeO₄, Na₄XeO₆ |
氡 | RnF₂, RnF₄, RnO₂, RnO₃, Na₂RnO₄ |
鿔 | CnO₂, CnF₄ |
鿫 | OgO₂, OgF₄, Na₂OgO₃ |
其中, 鿔在常温常压下是密度最大的气体, 且沸点很低, 液态鿔是无色液体, 固体鿔是无色固体且有很好的耐氧化性能; 鿫在常温常压下应该是无色耐氧化的固体或者液体, 也有可能是气体.
原子核由质子(ㇷ゚ロトㇴ)、中子(ニュㇳロㇴ)构成, 质子、中子被称为核子.
原子核的质量数由原子核的核子数决定.
原子核中, 质子与质子交换强相互作用, 中子与质子交换强相互作用; 但是中子与中子不交换强相互作用.
质子由二个上パートㇴ与一个下パートㇴ构成; 中子由一个上パートㇴ与二个下パートㇴ构成.
原子核中的质子、中子像电子一样填入其壳层, 也就是核壳层模型.
轻的原子核会表现出结团现象. 这种现象会在钙元素之後(原子序数>20)消失.
对于核壳层模型, 其满壳层的元素有
氦, 碳, 氧, 硅, 硫, 氩, 钙, 铁, 镍, 硒, 锶, 锆, 锡, 铈, 钐, 钆, 镝, 镱, 汞, 铅, 钍, 铀, 钚, 锔, 镄, 鿔, hanpokium | ハㇴポキュㇺ有人认为幻数126仅适用于中子数
比如说, ⁹⁰Zr的原子核有40质子与50中子, 可以被看作锆锡核, 也就是⁹⁰Zr的质子、中子各填满也自身壳层.
质子数或者中子数为
2, 6, 8, 14, 16, 18, 20, 26, 28, 34, 38, 40, 50, 58, 62, 64, 66, 70, 80, 82, 90, 92, 94, 96, 100, 112, 126
其中, 强幻数元素有
氦 氧 钙 镍 锆 锡 钆 铅 钍
核壳层模型导致一系列稳定岛的出现, 即稳定群岛:
氢元素~钼元素: 本半岛
钌元素~钕元素: 锡岛(50)
钐元素~钽元素: 钆岛(64)
铱元素~铋元素: 铅岛(82)
镭元素~镄元素: 钍岛(90、92)
鎶元素: 鎶岛(112)
碳原子核可以被看作3个氦原子核的结团;
氮原子核可以被看作3个氦原子核与1个氘原子核的结团;
氧原子核可以被看作4个氦原子核的结团
氧的富中子核素¹⁸O(重氧)的原子核可以被看作3个氦原子核与1个⁶He原子核的结团, 或者4个氦原子核与2个中子的结团;
²²Ne(重氖)的原子核可以被看作4个氦原子核与1个⁶He原子核的结团, 或者5个氦原子核(类比; 夸克, 𰀪ㇰ)与2个中子(类比; 胶子)的结团;
镁原子核可以被看作6个氦原子核的结团; 或者二个碳原子核的结团;
硅原子核可以被看作7个氦原子核的结团; 或者一个碳原子核与与一个氧原子核的结团;
硫原子核可以被看作8个氦原子核的结团; 或者2个氧原子核的结团;
氩38(中氩)可以被看作2个氧原子核与一个⁶He原子核的结团
原子核的质量数愈大, 则原子核越能允许容纳更多中子: 比如对于无法单独存在的⁶He, 其可以在重氧、重氖、中氩的原子核中得以稳定.
イケダ模型仅仅适用于钙20(轻钙, 可被看作10个氧原子核的结团, 从而导致其被目前认为无法發生双电子衰变)以内的化学元素.
钙元素是第一个使イケダ模型失效的化学元素.
液滴模型认为, 原子核中的质子与中子紧紧相邻, 构成一大团流动的液珠, 其中核力充当原子核的表面张力.
液滴模型认为, 原子序数为29的元素铜的原子核稳定性最高, 随着原子序数(质子数)的增加, 原子核的稳定性愈来愈弱, 从而导致放射性的产生.
液滴模型的缺陷很大, 因为质子、中子是费米子(fermion, フェㇻ̲ミョㇴ), 液滴模型忽略了质子、中子的泡利原理(パウリ原理).
比如¹⁵⁶钆的原子核就比¹⁴⁴钕更大, 但¹⁴⁴钕具有α放射性, 而¹⁵⁶钆是稳定核素; 又比如¹⁸⁶锇具有放射性, 反而原子核更大汞没有放射性; 砹、氡、钫的半衰期短得可怜, 但是拥有更大的原子核的钍、铀的半衰期长达百亿年、五十亿年.
如果把原子核看成是经典的带电液滴, 当质子数达到104左右时, 原子核的裂变位垒几乎消失, 輒无法阻挡原子核发生裂变.
如果液滴模型成立的话, 那么第104号元素𬬻(Rutherfordium, ルセォーフォー丌゙ュㇺ, 又名ekahafnium, エカハㇷニュㇺ)将无法存在; 但事实上人们發现了第118号元素オガネソㇴ.