原子核包含了原子的大部分质量,与整个原子比起来却很小。平均核密度比锇的密度大九万亿 倍:最致密的元素!如果地球密度达到原子核的密度,那么它的体积就会缩小 3 万倍。为什么原子核有这么高的密度?核子通过近距离强大的核力 结合在一起。质子-质子斥力和 核子-核子引力之间的平衡决定了 原子核的稳定性。当质子-质子斥力超过核力的引力时,原子核就会衰变。通过质子和中子的数量绘制核素图,表明稳定核占据了一个中心区域,用蓝色表示,这就是所谓的 稳定带或稳定谷。中子质子比为 1 的较轻核素,比如碳 12,具有极大的稳定性。随着原子序数增加到 20 以上,需要更多中子来平衡 质子-质子斥力。中子与核力相互吸引,它们之间没有相互排斥作用。因此,中子数量的增加 会大大增强核力。所有稳定的较重核素的中子质子比 都大于 1。具有较高中子质子比的放射性核素 通常会发生贝塔减衰变,将中子转化为质子。因此,中子质子比降低,产生了一个更接近图表上 稳定带的子核素。具有较低中子质子比的放射性核素 会发射正电子或通过电子捕获 将质子转化为中子,从而更接近 稳定带。有趣的是,就像电子对存在于轨道中一样,在原子核中也可以观察到质子-质子和 中子-中子对。当质子和中子的数量都是偶数时,原子核非常稳定,因为 所有核子都可能配对。只有 5 种中子和质子数为奇数的核素 是稳定的。具有一定数量质子或中子的原子核 比预期的更稳定,因此将这些数字 称为幻数。质子和中子都具有幻数的原子核 称为双幻核。所有原子序数高于 82 的原子核都具有放射性。然而,原子序数为 83 的铋-209 在放射性核素中 具有非常长的半衰期。对于远离稳定带的放射性核素,它的衰变链是一系列衰变过程,通过这些衰变过程最终达到稳定核素。