12.1 原子结构、周期表、同位素、离子

来源： 课堂笔记 §3.1–§3.2

✎ 本节讲什么？ 在算衰变之前，必须先知道核由什么组成、用哪个数来描述它。本节正是干这个：三个特征数（$Z$、$N$、$A$），并由此引出同位素与离子两个概念。

原子由一个极小而致密的核（质子 + 中子）和一层电子壳构成。原子通常是中性的，因为正质子与负电子在数目上相互抵消（质子数 = 电子数）。每个质子带 $+e$，每个电子带 $-e$——大小都是 $e=1,6\cdot {10}^{-19}$ C（基本电荷）；数目相同时总和恰为零。

周期表按几个特征数排列元素：

量	符号	含义
原子序数	$Z$	核内质子数（中性原子时 = 电子数）
中子数	$N$	中子数（很少等于 $Z$！）
核子数	$A$	$A=Z+N$（核子 = 质子或中子）

✎ 写法（理解衰变的关键）： 一个核素写作 ${}_Z^A\text{X}$——左上是核子数 $A$，左下是原子序数 $Z$。例如 ${}_6^{14}\text{C}$ 有 $Z=6$ 个质子、$N=A-Z=14-6=8$ 个中子。每次衰变中正是这两个数在变（或不变）——所以这套写法很值得记。

同位素（Isotope）是同一元素、$Z$ 相同但 $N$ 不同的原子。

• 为什么化学性质（几乎）相同？ 原子的化学性质由电子壳决定，而电子数（中性原子时）只取决于 $Z$。同位素 $Z$ 相同 → 电子壳相同 → 化学行为几乎一致。
• 为什么危险性却不同？ 核的稳定性取决于**$N/Z$ 之比**。$N$ 过高或过低会使核失去平衡 → 变得有放射性（见 §12.3）。例：${}^{12}\text{C}$（6p、6n）稳定，${}^{14}\text{C}$（6p、8n）会衰变。

离子（Ionen）是电子数改变的原子/分子（不是质子数改变！）：电子过多→负，电子不足→正。电离可由高能、高温、电荷、放射性或化学反应引起。记住区别：离子改变的是壳（电子），同位素改变的是核（中子）——前者是壳的化学/物理，后者是核物理。