在开始讨论之前,我们需要先厘清这样三个概念:元素、同位素、核素。
元素:
指的是一类物质,它是原子核内质子数相同的一类原子的总称,由于质子都带正电荷,所以相同元素的原子核都携带了相同数量的正电荷。
例如:氢元素的原子核中只有1个质子,氦元素有2个质子,碳元素有6个质子,而铀元素则有多达92个质子。
氢在元素周期表中的位置
同位素:
指的是某一类化学元素的变体,它们尽管质子数相同,但拥有的中子数量不同,因此总核子数不同。这些不同核子数的原子互为同位素。
例如:碳-12、碳-13和碳-14是碳元素的三种同位素;铀-235与铀-238互为同位素。
核素:
指具体的一种原子,它们原子核中的质子数相同,中子数也相同。
比如:我们今天讨论的氢元素,它原子核中只有一个质子;氢元素有三种自然同位素氕、氘和氚,它们的原子核中都只有一个质子,但中子数不同;氕、氘、氚互为同位素,它们各自都是核素。
氢元素的三种同位素
氢的同位素氢的同位素不止三种,准确地说,氕、氘、氚是氢元素的三种自然同位素,我们可以在大自然中找到它们。
氢元素还有若干种人工合成的同位素,比如氢-4、氢-5、氢-6、氢-7等等,这些核素我们不能在自然状态下找到,它都是科学家们利用对撞机轰击原子核制造出来的,并且它们的寿命极其短暂,我们在接下来的章节会介绍。
科学家利用对撞机制造新的核素甚至新的元素
我们知道,氢是元素同期表中最轻的一类元素,因为它的原子核中只有一个质子。氢的原子序数为1,标准原子质量为1.008u。但是请注意:这里的氢主要指的是氢元素最主要的一种核素氕,由于氕在氢元素的所有同位素中丰度超过99.98%,因此我们通常直接把氕称为氢。氕的其它同位素尽管也只有一个质子,但它们有中子,所以原子量会各不相同,有的核素比如氢-7的原子质量甚至会超过锂。
氕(Protium)氕是宇宙中最多的一种核素,它的原子核就是一个质子,所以我们将它写成¹H或氢-1。氕的英文名称为protium,但因为99.98%的氢元素都是protium,所以在大多数时候人们将其直接称为氢。氕的中文读[piē],与“瞥”同音。