為什麼穩定原子核中子數總不小於質子數?

除了H1原子外,好像全部的原子的中子數都大於或等於質子數,是什麼原理造成這種現像的出現呢?


為了答這道題我真的是把去年的課複習了一遍orz...

對於穩定核素,的確都是中子數大於質子數,除了氦3和氫。下圖紅色的是穩定核素,除了最開始以外,都在N=Z這條線下方

但事實上穩定核素只佔現在研究的核素的很小一部分,在其上下都有相當大量的不穩定核素,會以各種方式衰變,如下圖藍色和粉色部分。黑色就是穩定核素

圖片引用自wiki pedia https://en.wikipedia.org/wiki/Table_of_nuclides

所以算上不穩定的,還是有一部分中子數小於質子數的

下面是關於為什麼

通常用來描述原子核結合能的是Weizsackers formula B(Z,A) = a_vA-a_SA^{2/3}-a_CZ^2A^{-1/3}-a_{sym}I^2A+sa_pA^{-1/2}

Z為質子數,即核電荷數;A為總核子數,I=(N-Z)/A描述原子核中質子中子不對稱性的量。用液滴類比原子核的話可以解釋前3項,第一項為體積能,即核子之間核作用力的能量。第二項為表面能,類似於水滴表面張力。第三項就是庫倫電勢能。解釋第四項就需要放棄液滴模型用費米氣體模型了,第五項......好像是核殼層模型的事,忘了= =反正這不重要┑( ̄Д  ̄)┍。幾個 a 都是實驗係數,題主想具體了解的話自己搜一下吧

原子結合能越大,即原子核越穩定。所以簡單估算的話,令 frac{partial}{partial(Z)}B(Z,A)=0 ,可以解得 Z=frac{2a_{sym}A}{a_CA^{2/3}+4a_{sym}} . a_C=0.71, a_{sym}=23.3 帶入,畫一下Z和A的關係圖

matihematica隨手畫的...橫軸A,縱軸Z。紅色為解出來的關係式,藍色為直線Z=A/2

比較來看,的確與Z=A/2非常接近,並且在A大的時候往下偏,與核素圖上的結果還算符合。

嗯...到這應該就算結束了吧,繼續搬磚去了= =


原子核中的核子(質子與中子)為什麼能夠結合成一個原子核呢?是因為有核力。

核力是什麼呢?是一種核子之間的強相互作用力,是類似於引力的一種力,能夠將核子牢牢地吸在一起。

核子包括質子和中子。中子是電中性的粒子,而質子則是帶有電荷的。那麼我們知道,帶電荷的物體之間會有庫侖力的作用。由於都是質子,帶的是同種電荷,所以他們是相斥的。

原子核中同時存在著兩種力,一種是引力(核力),一種是斥力(庫侖力)。如果想讓原子核能夠保持穩定存在,需要什麼呢?對了,要讓引力大於斥力。所以,就需要更多的粒子來提供引力。

增加什麼粒子好呢?質子?質子可不行,質子是帶電荷的,提供一份引力的同時又會帶來一份斥力。所以,只能增加電中性的中子來增加引力來提升原子核的穩定性。

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歪個題,庫侖力消失了會怎樣?

啊算了,你們自己看動漫去吧

NO GAME NO LIFE 遊戲人生?

www.bilibili.com圖標

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我自高中畢業之後就再也沒有學過物理,這麼多年忘得也差不多了,現在估計也就是個初中水平。吹吹水,抖抖機靈還行,讓我講乾貨那就是要丟人現眼了。。。


不全都是。中子數小於質子數的穩定的同位素除了1H,還有3He。不穩定的就更多了,比如15O。


為什麼大部分原子核中的質子數量比中子數量少??

www.zhihu.com圖標

之前看到一個相同的問題,那邊的回答好像探討的更深入一些,推薦各位過去看看

(本來想把這個問題重定向到那邊,但是這邊也有人回答了,還是都保留一下吧?)


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