没有一个“万能”的规则让我们去判断某一原子核是否具有放射性。但是可以提供一些经验的规则,能帮助我们顶言核的稳定性。
一、所有具有84或多于84个质子的原子核是不稳定的。也就是说原子序数84以后的元素均为放射性元素。例如铀(Z=92)所有同位素均为放射性同位素。
二、具有2、8、20、28、50、82或126(原子序数为126的超重元素尚未发现)个质子或中子的原子核,通常要比在周期表中与此相邻的原子核更稳定些。例如,原子序数为18的有3种稳定的核,原子序数为19的有2种,原子序数为20的有5种,原子序数为21的有1种;具有18个中子的有3种稳定性的核,19个中子的没有,20个中子的有4种,21个中子的没有。20个质子或中子比18、19、21具有更稳定的核。2,8,20,28,50,82和126这些数称为幻数。正如具有2,10,18,36,54或86个电子的希有气体结构增加化学稳定性一样,具有幻数核子数会增加核稳定性。
三、原子核具有的质子数和中子数均为偶数时,通常较具有奇数的质子数或中子数的核更稳定一些。氧-16,碳-12就是明显的例子。另外,从绝大多数稳定的原子核(包括非放射性的)也可以看出这一规律(见表24-1)。质子和中子均为奇数的只有4种同位素:21H,63Li,105B和147N。
表 24-1
质子数 | 中子数 | 稳定同位素的数目 |
偶 | 偶 | 164 |
偶 | 奇 | 55 |
奇 | 偶 | 50 |
奇 | 奇 | 4 |
四、在原子核中存在着质子,质子都具有相同的正电荷。根据库仓定律,应该产生很强的排斥力而使核不稳定。使核中质子紧密结合在一起的核力,至今仍不十分清楚,但是中子似乎起着重要的作用。确定某一同位素是稳定或具有放射性的重要因素是中子与质子比(n:p)。
原子核较小的元素,其n:p值是1,致使原子核稳定,如42He,126C,168O,2814Si和4020Ca。对于原子序数较大的元素,因为质子间排斥力增加,必须有更多的中子使之稳定,n:p值增大,如铋的n:p值约为1.5。
从图24-1中可见随着原子序数增加稳定原子核的n:p值逐渐增加,包括稳定核在内的面积称为稳定带。大多数放射性核都在稳定带之外。
如果核具有的n:p值高于或低于稳定值将不稳定并具有放射性。核将会发生衰变以得到稳定的核。