原子核越大的元素越不穩(wěn)定，鐵元素最穩(wěn)定，這種說法靠譜嗎？

原子核的核子數(shù)到達一定程度，越多原子就越不穩(wěn)定的說法是不準確的。只能說到達一定核子數(shù)的原子核，會成為核反應(yīng)的一個分水嶺，而不是越小越穩(wěn)定，越大越不穩(wěn)定。

一般認為，原子的直徑約為10^-10m（米），原子核的直徑約10^-15m這樣一個數(shù)量級。但實際上，原子和原子核的大小都是不一樣的。

原子序數(shù)越大，原子核中所包含的質(zhì)子就越多，我們假定質(zhì)子、中子都是一樣大，原子核里的核子越多，當(dāng)然就會越大了；而核外電子越多，能級層數(shù)就越多，這樣原子也就越大了。

原子核中的兩種力

我們知道，世界上已知的基本力有4種，即引力、電磁力、強力、弱力。這四種力最強的力是強力，其力量是引力的10^38倍，弱力的1萬倍，電磁力的100倍。但這四種基本力的作用范圍，強力和弱力是最短的，分別只有10^-15m（米）和10^-17m，而引力和電磁力作用距離無限遠。

在原子核中，這四種力都存在，其中對核子影響最大的是強力和電磁力兩種力。把核子聚集在一起，組成緊密原子核的力是強力，由于強力十分強大，因此要通過外力把原子核分開是非常困難的，需要巨大能量。

但原子核里，起著另外一種作用的是電磁力（又叫庫侖力）。電磁力的性質(zhì)是根據(jù)電荷的性質(zhì)，同性相斥，異性相吸。原子核由質(zhì)子和中子組成，中子呈中性，質(zhì)子帶正電荷，質(zhì)子和質(zhì)子之間的斥力就具有相互分開的趨勢。

質(zhì)子排斥力雖然很大，但核子在10^-15m范圍內(nèi)，主要受到強力支配，被緊緊束縛在一起。這其中，中子也起到了穩(wěn)定作用。一般當(dāng)原子序數(shù)較小時，質(zhì)子數(shù)量不多，原子核半徑小，強力就起到了主導(dǎo)作用。

而庫侖力比強力要弱，因此在強力范圍內(nèi)只能俯首稱臣。但庫侖力從來都是面服心不服，一直在暗暗用力，伺機反彈。這樣，兩種力在原子核內(nèi)部就有一種相互制衡的微妙關(guān)系，隨著原子核的加大，這兩種力的影響就會發(fā)生變化，此消彼長，最終核子的凝聚力就發(fā)生了變化

鐵26是兩種力的博弈的臨界點

隨著原子序數(shù)的增大，強力的結(jié)合能會越來越大，但隨著原子半徑的增大，質(zhì)子的排斥力（庫侖力）也會越來越大，到達一個閾值，強力的約束力和質(zhì)子的排斥力達到一個平衡，這個原子就是最穩(wěn)定的原子了。

但當(dāng)原子序數(shù)越來越大，突破了強力約束范圍，這樣庫侖力就開始起主導(dǎo)作用了，因此原子核的核子分離的趨勢就占了上風(fēng)，這樣，原子核里面的核子數(shù)越多就越容易分裂了。而鐵原子就是原子核物理反應(yīng)的一個分水嶺。

經(jīng)過長期試驗和觀測，鐵56就是最穩(wěn)定的原子。鐵的原子序數(shù)在26號，也就是說核內(nèi)有26個質(zhì)子，核外有26個電子。鐵元素核內(nèi)還有30個中子，因此其原子量為56，分子量為55.845。研究證明，鐵是最穩(wěn)定的元素，具有最大的“惰性”。

何謂最大“惰性”？就是軟硬不吃。其他元素或核聚變或核裂變，都會產(chǎn)生能量，只有到了鐵元素，不管是核聚變還是核裂變，都只會貪婪地吸收能量，不會釋放一點能量。

因此鐵原子就成為原子核物理反應(yīng)的一個分水嶺，以鐵為界，鐵以下原子可以進行核聚變反應(yīng)，而鐵以上元素可以進行核裂變反應(yīng)。這也是所有恒星，不管質(zhì)量多大，內(nèi)部核聚變反應(yīng)都會到鐵結(jié)束的原因。

因為恒星發(fā)光發(fā)熱主要是靠熱核反應(yīng)輸出的能量來維系，而鐵不輸出能量，還要吃掉能量，恒星演化后期，自顧不暇，哪有多余的能量來侍候這個鐵疙瘩呢？因此大質(zhì)量恒星到演化末期，核心都是一個鐵疙瘩。

那么宇宙中為啥還有比鐵重的元素出現(xiàn)呢？

既然所有恒星的熱核反應(yīng)就是到鐵結(jié)束，那比鐵重的元素，如金銀銅鈾等等，又是從哪里來的呢？

這其實也是鐵疙瘩惹的禍。恒星演化到后期，核心鐵疙瘩軟硬不吃，核聚變就停止了，沒有了巨大的核聚變輻射壓抵御恒星巨大質(zhì)量形成的向內(nèi)收縮壓，恒星外圍物質(zhì)就會急劇塌陷，那個速度最快可達四分之一甚至一半光速。

這種沖向恒星核心鐵疙瘩的沖擊力是驚人的，這個鐵疙瘩用“鐵頭功”硬頂，沖擊鐵核的恒星物質(zhì)就發(fā)生劇烈反彈，用差不多速度與沖下來的物質(zhì)對抗，巨大的能量碰撞導(dǎo)致恒星內(nèi)部熱核失控，超新星大爆發(fā)就不可避免的發(fā)生了。

超新星爆發(fā)的能量，溫度可達千億度甚至萬億度，壓力極高，任何物質(zhì)也會被熔融聚合，這樣就形成了我們現(xiàn)在已知的118種元素。形成這些重元素的條件還有一些大質(zhì)量極端天體的碰撞，如中子星相撞等。

在元素周期表中，118種元素，最輕的是氫，為1號元素，核中只有1個質(zhì)子；最重的是Og（（中文讀ào，漢字是一個“氣”字頭，下面一個“奧”字，現(xiàn)在的電腦還無法打出來，因此許多地方常用“氣奧”表示），核內(nèi)有118個質(zhì)子和179個中子。

原子的穩(wěn)定與中子數(shù)密切相關(guān)。

以鐵元素為界，只是核裂變和核聚變的分水嶺，并不是原子穩(wěn)定不穩(wěn)定的分水嶺。當(dāng)然，原子序數(shù)達到一定程度后，原子序數(shù)越高，元素穩(wěn)定性就越差，也有一定道理。比如92號以上的元素，人們就很難從自然界得到，只有通過人工制造才能夠取得，而且有的元素壽命極短。

元素周期表中人造元素有26個，從93號元素镎（Np）開始，到118號元素Og。雖然序數(shù)越高的元素越容易裂變，但制造這些元素的方法主要還是采取做加法，就是用核聚變的方法?？茖W(xué)家們在加速器里或?qū)ψ矙C里，將一個較小原子核用巨大能量加速到接近光速，轟擊另一個相對較小的原子核，這樣就讓兩個原子核融合到一起，從而得到一個更大的原子核。

如最重的元素Og，就是俄羅斯科學(xué)家在U400回旋加速器里，將鈣-40離子加速，轟擊人造元素锎-249，制造出了3個包含118個質(zhì)子和179個中子的Og原子。這種元素在自然界只能存在0.9毫秒，也就是萬分之九秒，就會迅速衰變?yōu)?16號元素，然后又會繼續(xù)衰變成114號元素、112號元素，最終分裂成兩個較小其他原子而穩(wěn)定存在。

但元素的穩(wěn)定不穩(wěn)定與核中的中子數(shù)有著更密切關(guān)系。當(dāng)中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)比例達到一定值時，元素就會變得極不穩(wěn)定，而不管這個原子序數(shù)是大還是小。所謂放射性元素就是這種元素，它們會從原子核中不斷釋放粒子和射線，衰變成另一種元素。

最小序號的氫元素，其同位素7H，原子核中只有1個質(zhì)子，但卻有6個中子，由此極不穩(wěn)定，其半衰期只有2.3*10^-23s(秒），也就是一千萬億億分之2.3秒。

這就是原子核穩(wěn)定不穩(wěn)定的原因。謝謝閱讀，歡迎討論。

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