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构建原子

增加一个质子,你就改变了元素。增加一个中子,你就改变了同位素。增加一个电子,你就形成了离子。下面的所有内容都会在你操作后立即更新。

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质子 中子 电子
同位素 ¹²C

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开启后进行十二道“构建该核素”谜题。

你正在查看的内容

三个粒子,以及它们决定的一切

质子决定它是什么

质子数——原子序数Z——决定元素。六个质子就是碳,其他任何元素都不可能是碳。改变Z,就把一个元素嬗变成另一个元素,这正是炼金术士想要实现的,也是核反应堆正在做的事。

中子决定它能持续多久

中子增加质量,而且至关重要的是,会稀释质子之间的静电斥力。中子太少或太多,原子核就会衰变。同一元素,中子数不同=不同的同位素:碳-12永远稳定,碳-14的半衰期为5,730年。

电子决定它如何表现

化学完全是关于电子的故事。移走一个电子,就得到带正电的阳离子;增加一个电子,就得到带负电的阴离子。原子通过获得、失去和共享电子来达到最外层填满的状态——这一单一驱动力解释了你将学习的几乎所有反应。

稳定性判定

稳定谷

把所有已知核素绘制出来,以质子为一个坐标轴、中子为另一个坐标轴,稳定核素会形成一条狭窄的弯曲带——稳定谷。轻元素位于N=Z附近。随着Z升高,质子之间的斥力增强,原子核需要按比例增加更多中子才能保持结合,因此这条带向上弯曲,趋向N≈1.5 Z。

偏离到带状区域上方,核素就是富中子:一个中子转化为质子,并发射一个电子(β⁻衰变)。偏离到下方,核素就是富质子,因此一个质子转化为中子,并发射一个正电子(β⁺衰变)。超过铋(Z=83)后,稳定谷就此止步——无论怎样排列中子,都无法让那么多质子无限期地结合在一起。

中子数(纵轴)与质子数(横轴)·你的构建结果已标出

常见问题

原子、同位素和离子

同位素和离子有什么区别?

同位素的区别在于中子数不同——元素相同,质量不同,化学性质相同。离子的区别在于电子数不同——元素相同,质量相同,但化学性质大不相同。碳-12和碳-14互为同位素;Na和Na⁺分别是一个原子及其离子。改变质子数,则会彻底改变元素。

电子为什么不会螺旋式落入原子核?

经典物理学认为,绕核运动的电荷会辐射能量,并应在约10⁻¹¹秒内坍缩。但它并没有坍缩,正是这一失败迫使量子力学诞生。原子中的电子根本不会绕核运动:它占据的是具有固定最低能量的驻波。没有更低的状态可以让它落入。这里绘制的环只是为了方便——任何元素页面上的轨道查看器都会显示真实的概率云。

每个电子层能容纳多少个电子?

n层最多容纳2n²个电子:2、8、18、32,依此类推。但各层并不是严格按顺序填充——4s的能量低于3d,所以会先填充4s,这就是本构建器遵循的马德隆规则。正是这种排列方式使过渡金属在元素周期表中形成一个区。

铁-56为什么特殊?

铁-56(以及镍-62)位于每个核子结合能曲线的峰值。把任何更轻的元素聚变都会释放能量;把任何更重的元素裂变也会释放能量;铁两者都不会发生。这就是为什么大质量恒星中的聚变会在铁处停止,为什么其核心随后会坍缩,以及为什么你体内所有比铁重的元素都形成于超新星或中子星碰撞中,而不是普通的恒星燃烧。

我能构建元素119吗?

目前还不行,在实验室里也还不行。这个构建器停在118,因为元素周期表目前到此为止。十多年来,日本、俄罗斯和美国的团队一直用束流轰击锕系元素靶,试图制造119和120;这些原子核散裂得比任何探测器记录它们的速度还快。