同位素
CIE A-Level 物理学· 9702 Learning Outcome 11.1.2· 10 分钟阅读
1. 同位素的定义和核心性质★☆☆☆☆⏱ 3 min
同位素
同位素是同一种化学元素的核素,即原子核内质子数相同,但中子数不同。
例:
碳有两种常见同位素:碳-12(6个质子,6个中子)和碳-14(6个质子,8个中子)。
化学反应涉及原子的电子相互作用。对于中性原子,电子数等于质子数,因此同位素的化学性质完全相同。只能利用质量不同的物理方法分离它们,不能通过化学反应分离。
中性氯有两种常见同位素:氯-35和氯-37。比较两种同位素的质子数、中子数和电子数。
- 1
氯是第17号元素,因此所有氯同位素的质子数。质子数决定元素种类,因此两种的质子数相同:
- 2
核子(质量)数,整理得中子数 =
- 3
计算氯-35():
- 4
计算氯-37():
- 5
对于中性原子,电子数等于质子数:
2. 同位素的核素符号★★☆☆☆⏱ 3 min
CIE考试始终使用标准核素符号表示同位素,因此你必须能够正确解读和书写这种符号。
标准核素符号
表示同位素的标准格式: = 总核子数(质子 + 中子), = 质子数, = 元素的化学符号。
写出含10个中子的氧同位素的核素符号。
- 1
氧的质子数恒为,因此这是下标数字。
- 2
计算核子数:,这是上标数字。
- 3
氧的化学符号是O,因此完整符号为:
测试你对符号的理解:
和表示什么?
不同元素,中子数相同
同一种元素的同位素
不同元素,质量数不同
同一种核素的不同写法
显示答案
1 —相同元素符号X意味着相同质子数Z,不同上标意味着不同质量,因此它们是同位素。
3. 同位素的常见用途★★☆☆☆⏱ 4 min
同位素有许多实际应用,经常作为考试题目的背景。你需要记住的关键例子包括:碳-14用于放射性碳定年法,钴-60用于癌症放疗,铀-235用作核电燃料。
解释为什么植物在光合作用过程中会从大气吸收碳-12和碳-14两种同位素。
- 1
光合作用是依赖碳化学性质的化学反应。
- 2
化学性质由电子排布决定,而电子排布由质子数决定。两种碳同位素质子数相同,因此化学性质完全相同。
- 3
植物无法区分两种同位素,因此光合作用过程中都会被吸收并整合到植物组织中。
4. 常见陷阱
错误做法:
混淆A和Z,把下标数字当成中子数而不是质子数
原因:
学生经常忘记标准核素符号中哪个数字对应哪个量
正确做法:
记住:更大的数字(核子数)始终在上标,更小的数字(质子数)在下标。中子数 = 上标数字减下标数字。
错误做法:
声称同一种元素的同位素化学性质不同
原因:
学生混淆了物理性质差异和化学性质
正确做法:
化学性质取决于电子排布,而电子排布和质子数一致,因此同位素化学性质完全相同,只有物理性质不同。
错误做法:
认为同位素的电子数一定等于质子数
原因:
题目经常问的是离子,不只是中性原子
正确做法:
对于带电荷的离子,电子数 = ;带电荷,电子数 = 。
错误做法:
认为不同同位素在元素周期表中占据不同位置
原因:
很多学生记忆中元素周期表是按质量数排序的
正确做法:
元素周期表是按质子数排序的,因此同一种元素的所有同位素都占据同一个位置。
5. 速查表
性质 | 同一种元素的同位素 |
|---|---|
质子数(Z) | 相同 |
质子数目 | 相同 |
中子数目 | 不同 |
核子数(A) | 不同 |
电子数(中性原子) | 相同 |
化学性质 | 完全相同 |
质量/密度 | 不同 |
周期表位置 | 相同 |
6. 常见问题
同位素的化学性质相同吗?
是的。化学性质取决于电子排布,而电子排布和质子数一致,因此同一种元素的所有同位素化学性质完全相同。
为什么有些同位素具有放射性?
放射性来自原子核内不稳定的中子质子比。比例不平衡的同位素会发生放射性衰变,比例平衡的同位素则稳定。
真题中的出现
AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。
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从核符号中识别同位素
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下一步
理解同位素是所有核物理后续主题的基础概念,包括放射性衰变、核反应、质量亏损和结合能。你还会在解决半衰期问题、解读核反应方程,甚至化学中计算相对原子质量时用到这些知识。这个子主题在AS考试中几乎总是以1-2分的简单题出现,因此掌握它就能稳拿这些送分题。接下来,学习以下核心主题,构建你的核物理知识体系。
