chemistry 原子核

　　化學是一門有關三個小小粒子：質子、中子、電子結合出數以兆計組合的科學，產生出一切。化學是一門奇特的科學，有時會被稱爲鏈接抽象的「量子物理」和比較具體的科學像「生物學」的橋樑。但化學不只僅是橋樑。
　　萬物是由原子組成的。原子論在二十世紀時已經被臆測好久了，但一直到愛因斯坦在1905年（十9、二十世紀真的是科學家輩出的黃金時代…orz）用數學證實了原子和分子的存在，整個原子說才拍板定案（而你還覺得愛因斯坦都是在作相對論和E=MC^2…orz）。事情是這樣的，在1872年一個叫Robert Brown的植物學家正透過一個顯微鏡觀察水裏面的花粉，他發現這個花粉就算在沒有任何外在移動的情況下會隨機的亂鬥亂飄，這在很長一段時間都是一個謎。直到1905年愛因斯坦推理出這現象應該是由還沒有證實出來的微小粒子不斷撞擊花粉所形成的（因此細數一下化學的誕生也不過114年…orz）。他寫了一些華麗的算式（高貴的數學…orz），證實了他的理論能夠幾乎完美的預測這樣的現象，而你們就只能聯想：「對，真的有微小分散的東西在撞擊花粉，所以，‘分子’，以及更進一步的‘原子’，真的存在。」今天咱們記念這位植物學家以及他所發現的這個運動，並稱這樣的運動爲「布朗運動」。
　　因此咱們所接觸到的一切都是由一些球狀物體組成的，這讓一些人開始思考，若是咱們一直把東西切成兩半會發生什麼事？最後你會獲得一個單1、沒法再分割的那個物質。Atom（原子）這個字就是源自希臘文「不可分割」的意思。雖然，咱們在第二次世界大戰中得知了原子其實仍是能夠被分割。因此全部的東西都是由原子組成的，微小且不可分割的粒子，其性質取決於三個次原子粒子的排列方式。質子（proton）較重且帶正電，中子（neutron）大小跟質子差很少但不帶電，電子（electron）跟質子帶有相同的電量，不過電性相反（負電），而且幾乎沒有任何質量，大約是質子或中子的1800分之一而已。質子和中子在原子核（nucleus）中溫存，是組成原子核的粒子，所以它們又被稱爲核子（nucleus）。電子則在原子核外面晃，原子所發生的這些有趣的化學反應都是由他們進行的。
　　原子核裏面，質子的數量決定了它是哪種元素。一個元素裏質子的數目被稱爲「原子序」（其位於元素週期表中，元素的正上方），由於那就是每一種元素決定性的特徵。原子核（nuclei）是個無聊的東西，它們的大小隻有整個原子的數千分之一，而它們大部分的時候都只是待在那邊，維持它們在數十億年前就被創造出來的樣子，被物理學裏四個基本力中最強那個——強核力，所維持住。正由於原子核很無聊因此它們是決定元素種類最重要的特徵。電子能夠隨意在原子之間跳來跳去，但質子的數目幾乎永遠都是很是穩定的。因此原子中心——原子核，在化學反應事後老是毫髮無傷，這就是爲何同一個原子能夠在一堆化學反應中穿梭，卻還能夠保持不變。並且和其餘全部質子數也同樣的原子性質相同。原子序就是原子的靈魂，這個數字決定了一個原子之因此是那個原子。中子（neutron）固然也有不一樣的重要性，但它不會改變一個原子是哪種元素。對全部化學物質都很關鍵的兩個東西之一是——電荷（charge）。但正由於中子不帶電荷因此它一般不會影響一個原子的性質。但儘管如此它們仍是很重要，咱們都知道帶相同電荷的東西會互相排斥，中子就像是質子之間的和事佬，你沒有辦法把銀原子的47顆質子本身塞在原子核裏面，它們會沒法把持住而本身扯散。因此一個原子核只有在有適當的中子與質子數的情況下才能夠永遠維持住。銀大約須要60箇中子纔有辦法好好隔開那47個質子。但其實也不用恰好是60顆，事實上銀的原子核有62顆中子時也很穩定，61顆的話就行不通了（why？）。銀的原子序就算在它有不一樣的中子數時也不會變，由於質子的數目沒有變，但它的相對原子質量會改變。「相對原子質量（relative atomic mass）」，也被稱爲「原子重量」，基本上就是全世界全部的「銀」原子中，平均有幾個質子+中子。由於銀擁有兩種穩定的同位素（相同質子數、不一樣中子數的原子稱爲同位素原子），各自有不一樣的中子數，因此它的平均原子質量並非整數。大約有52%的銀有60顆中子（60N + 47P = 107），而大約有48%的銀有62顆中子（62N + 47P = 109），因此最後它們的平均原子質量就落在107與109中間附近107.8682。不一樣的同位素擁有不一樣的質量數（mass number），質量數就只是原子核裏質子+中子的數目。跟原子的質量不一樣，質量數單純是指單一原子，而不是全世界的銀原子的相對原子質量的平均。銀有兩個穩定的同位素，一個質量數是107，咱們稱之爲「銀107」，另外一個質量數是109，咱們稱之爲「銀109」。
　　因而，當了解到以上這些後，咱們如今比1900年的任何人都還要懂原子。

 

Q：原子中的質子數、中子數和電子數是如何測定的？

A：如今咱們能夠用原子發射譜來測出原子的特徵譜性，而後利用其特徵譜線與標準圖庫對比，分析出哪一種元素，天然能夠獲得該元素的全部信息。

Q：標準圖庫的信息又是如何肯定的呢？第一個原子又是如何被定量定性的呢？

A：對原子進行質譜分析。包括如下幾個步驟：（1）試樣原子化；（2）將原子化的大部分試樣轉化爲離子流或離子束，通常爲單電荷正離子；（3）離子按質荷比分離；（4）計算各類離子的數目或測定由試樣造成的離子轟擊傳感器時產生的離子電流，由於在第（2）部中造成的離子多爲單電荷，故m/z值一般是該離子的質量數。因此咱們能夠經過一些儀器測出質荷比，獲得質子數；再利用一些質量的方法，獲得它的摩爾質量，就能夠獲得中子數，質子數+中子數等於質量數。還能夠利用一些物理規律和化學反應（若是它能反應的話）來測得更多的量。

 

　　由於最後一個突發奇想的問題，求助了老同桌幫忙。看着他一步一步耐心地幫我查資料找辦法，忽然就想起高一那年大大小小的數理化週考堂測，他作一題我抄一題，不求甚解的瞬間。不一樣的是，如今的我會跟他一塊兒，努力地追問一個化學問題的答案，而不只僅是等着抄寫一個結果。

　　感謝他一如既往的鼓勵與幫助，知足了我遲到了不少年的好奇心。