沒有一個(gè)“萬能”的規(guī)則讓我們?nèi)ヅ袛嗄骋辉雍耸欠窬哂蟹派湫?。但是可以提供一些?jīng)驗(yàn)的規(guī)則,能幫助我們頂言核的穩(wěn)定性。
一、所有具有84或多于84個(gè)質(zhì)子的原子核是不穩(wěn)定的。也就是說原子序數(shù)84以后的元素均為放射性元素。例如鈾(Z=92)所有同位素均為放射性同位素。
二、具有2、8、20、28、50、82或126(原子序數(shù)為126的超重元素尚未發(fā)現(xiàn))個(gè)質(zhì)子或中子的原子核,通常要比在周期表中與此相鄰的原子核更穩(wěn)定些。例如,原子序數(shù)為18的有3種穩(wěn)定的核,原子序數(shù)為19的有2種,原子序數(shù)為20的有5種,原子序數(shù)為21的有1種;具有18個(gè)中子的有3種穩(wěn)定性的核,19個(gè)中子的沒有,20個(gè)中子的有4種,21個(gè)中子的沒有。20個(gè)質(zhì)子或中子比18、19、21具有更穩(wěn)定的核。2,8,20,28,50,82和126這些數(shù)稱為幻數(shù)。正如具有2,10,18,36,54或86個(gè)電子的希有氣體結(jié)構(gòu)增加化學(xué)穩(wěn)定性一樣,具有幻數(shù)核子數(shù)會(huì)增加核穩(wěn)定性。
三、原子核具有的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為偶數(shù)時(shí),通常較具有奇數(shù)的質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)的核更穩(wěn)定一些。氧-16,碳-12就是明顯的例子。另外,從絕大多數(shù)穩(wěn)定的原子核(包括非放射性的)也可以看出這一規(guī)律(見表24-1)。質(zhì)子和中子均為奇數(shù)的只有4種同位素:21H,63Li,105B和147N。
表 24-1
質(zhì)子數(shù) | 中子數(shù) | 穩(wěn)定同位素的數(shù)目 |
偶 | 偶 | 164 |
偶 | 奇 | 55 |
奇 | 偶 | 50 |
奇 | 奇 | 4 |
四、在原子核中存在著質(zhì)子,質(zhì)子都具有相同的正電荷。根據(jù)庫(kù)倉(cāng)定律,應(yīng)該產(chǎn)生很強(qiáng)的排斥力而使核不穩(wěn)定。使核中質(zhì)子緊密結(jié)合在一起的核力,至今仍不十分清楚,但是中子似乎起著重要的作用。確定某一同位素是穩(wěn)定或具有放射性的重要因素是中子與質(zhì)子比(n:p)。
原子核較小的元素,其n:p值是1,致使原子核穩(wěn)定,如42He,126C,168O,2814Si和4020Ca。對(duì)于原子序數(shù)較大的元素,因?yàn)橘|(zhì)子間排斥力增加,必須有更多的中子使之穩(wěn)定,n:p值增大,如鉍的n:p值約為1.5。
從圖24-1中可見隨著原子序數(shù)增加穩(wěn)定原子核的n:p值逐漸增加,包括穩(wěn)定核在內(nèi)的面積稱為穩(wěn)定帶。大多數(shù)放射性核都在穩(wěn)定帶之外。
如果核具有的n:p值高于或低于穩(wěn)定值將不穩(wěn)定并具有放射性。核將會(huì)發(fā)生衰變以得到穩(wěn)定的核。