核電荷數

核電荷數=質子數=核外電子數=原子序數（離子內則要去掉核外電子數） 質子數+中子數=相對原子質量=質量數。 ^[1] 

1913年，莫斯萊（Henry Moseley）用不同元素作為產生x射線的靶子，測定其波長。他發現，每種元素能產生特徵x射線，不同元素的特徵x射線的波長不同。他從實驗數據中總結出一個經驗公式：

1= λa (Z-b)²

式中λ為特徵x射線的波長，Z為原子序數，即元素在週期系中排列次序，a、b為常數。該式表明，λ倒數的平方根與原子序數成直線關係。

莫斯萊的研究成果揭示出，元素在週期系中的“位置”具有其內在根據，它是由元素的本性決定的，通過特徵x射線波長的定量數值表現出來。這項成果確定了元素週期系的嚴格順序，從氫到鈾依次排列92種元素；同時解決了按原子量順序排列的不協調問題，即揭開了元素排列順序中原子量倒置之謎。例如，碲的序號為52，碘的序號為53，碲理應排在碘的前面。

1911年，英籍新西蘭科學家盧瑟福(E．Rutherford，1871—1937)用a粒子散射實驗發現了原子核，第一個提出了關於原子結構的行星式模型。他認為原子核就像太陽居於太陽系的中心那樣居於原子的中心，若干電子就像行星環繞太陽公轉似的圍繞原子核旋轉。並且斷定原子核是集中了原子絕大部分質量的緻密小球，具有與電子截然相反的電性——正電荷，於是就把原子核具有的這種正電荷叫核電荷。不過，這種核電荷在不同元素的原子中各有多少，當時還是個未知數。 ^[2] 

1913年，荷蘭物理學家範登布洛夫提出，原子序數等於核電荷數。 ^[2] 

1920年，查德威克（J·chadwick）做了不同元素的α散射實驗，測定核電荷，證明核電荷數等於原子序數。由此可以解釋一系列問題。首先，解釋了位移定則和同位素現象。元素放射出α粒子，由於核電荷數減少α，相應的，原子序數減少α，元素在週期系中向左位移兩個位置；放射β粒子，核內一箇中子轉變成一個質子，放射出一個電子，核電荷數增加一個單位，元素在週期系中向右移一個位置。原子核電荷相同，在週期系中即處於同一個位置，不論其原子量是多少，這就是説，同一元素核電荷數相同，原子量不同。其次，核電荷數可以確定元素原子的電子數。第三，核電荷數等於原子序數，使後者得到了物理解釋。

核電荷數等於原子序數，使元素週期系中的“位置”獲得了具體的物理意義；同時，它具體説明了“位置”是由什麼決定的問題，即由核電荷數決定的。因此，元素可以被理解為具有相同核電荷數的原子形式，或者説是具有相同核電荷數的一類原子。

1919年，盧瑟福（E·Rutherford）用α粒子轟擊氮，使氮發生核嬗變，實現了人工核反應。

最初，在化學確立為科學以前，元素是構成世界萬物的本原和基礎。在近代化學形成時期，繼承了本原、基礎的 思想，演變為物質可分解的限度，把元素看作不能分解或未能分解的物質。這種元素概念隨着分解物質的技術、方法的進步，其所包含的對象的範圍（元素概念的外延），先是大於實際存在的元素範圍，繼之等於、進而小於實際存在的元素範圍，到20世紀，一切元素都是可以分解的，這種元素概念再也不能反映元素的真實情況了。在近代化學發展時期，不可分解或未能分解這個特徵被承繼下來，並被轉移到原子上，以化學原子論為基礎，使化學元素概念獲得了新的意義，化學元素表現為具有相同原子量的一類原子。在現代化學中，原子量已被證明不是元素概念的基本特徵，而元素週期系中的位置仍保留了它的意義，而且以此為基礎，進一步充實、發展，揭示了化學元素的本質特徵，元素是具有相同核電荷數的原子形式。 ^[3] 

在這個演變過程中，化學元素的含義是通過它與其他概念的關係獲得表現的，或者説是通過概念之間的關係被揭示出來的。具體地説有三種關係：第一種關係，元素和化合物的關係，元素是化合物的分解的限度，是組成化合物的成分，這個成分的具體物質形式是什麼呢？這就要求考察第二種關係，即元素和原子的關係，從這種關係來看，元素是一類原子，或原子種類，依據現代觀點，元素是具有相同核電荷數（核內質子數）的原子形式，或者説是核電荷數（核內質子數）相同的一類原子，在這個意義上，元素和原子具有相同點，每一化學元素符號既表示一種元素又表示該元素的一個原子。但是元素和原子又是有區別的，不能將二者混淆。從化學或科學的觀點説，元素是表示組成的概念，而原子可以表示組成，同時又能表示結構，表示物質的不連續性和顆粒性。因此，元素和單質既相聯繫又相區別。三種關係、三種含義是密切聯繫的，其中，化學元素是原子形式、一定種類的原子，按現代觀點，是質子數（核電荷數）相同的原子，這是化學元素概念的核心，它指出了化學元素的物質內容，而其他兩種關係，則指出了元素的存在形式，化合物是不同元素共存的形式，單質是同種元素在遊離狀態下的存在形式。 ^[4] 

正如上面剛剛指出過的，元素和原子是有區別的，化學元素意義上的原子量和原子意義上的原子量也是有區別的。在發現氧的同位素以後，物理學中採用O₁₆=16.00作為原子量的基準，化學中仍用天然氧原子量等於16.00作為基準。1960年，國際物理學會接受德國質譜學家馬塔斯的建議，採用C₁₂=12.00作為測定原子量的基準；1961年，國際化學會也採用這一基準。儘管如此，化學中的原子量和物理學中的原子量仍然是有區別的，或者説元素的原子量和原子的原子量是不同的。原子的原子量（或者説物理學中的原子量）在歷史上指的原子重量（atomic weight），但是，重量和質量是有區別的，重量是個可變量。國際原子能委員會認為，原子（重）量這一術語是歷史上形成的，已為使用者所理解，進而提出“原子質量”表示核素的量，以區別於元素的原子量。 ^[4] 

核素和元素是有區別的。元素是指具有相同質子數的同一類原子的總稱，核素則是具有一定數目的質子和一定數目的中子的一種原子，每種元素都有一種或兩種或兩種以上的核素，現在已知元素109種，已知核素2000多種。核素和同位素也是有區別的。同位素指的是在元素週期表中佔據同一位置、質子數相同中子數不同的同一元素的原子，核素指的是質子數相同、中子數也相同的原子。

從發展的觀點看問題，過去常説的放射性“元素”，非放射性“元素”，應當用“核素”來代替。説成穩定核素、放射性核素。 ^[5] 

元素，無論是放射性元素還是非放射性元素都是可以轉化的，前者可天然轉化，後者可通過人工方式實現轉化。以前那種認為元素是絕對不變的、不可轉化的觀點，最終被證明是沒有根據的。 ^[5] 

一個原子是由原子核和核外高速運動的電子所組成的。原子核又是由質子和中子組成的（不是分兩層）每一個質子帶一個單位正電荷，有多少個質子就帶多少單位正電荷，質子所帶的正電荷數就叫核電荷數，所以核電荷數=核內質子數，我們常説氧原子的“核電荷數”是8，也就是指明氧原子的質子數是8，氧元素的原子序數為8，氧原子核外電子數是8。這是因為每一個電子是帶一個單位的負電荷，而整個原子是不顯電性的即電中性的，因此核電荷數一定等於核外電子數。 ^[6]