卢瑟福从铀矿中发现了α、β两种射线，法国物理学家维拉尔想看看，铀矿中还有没有其他射线可以发现。他还真发现了。这种射线比β射线穿透力更强。卢瑟福给它起了个名：γ射线。

用一张纸就可以挡住α射线。为啥它的动量和能量那么大，却这么容易被拦截呢？等下就知道了。

用几毫米厚的铝板挡β射线，只能减弱它的强度，却不能完全拦住它。

而要挡住γ射线，几毫米厚的铝板就弱爆了，只能用厚重的铅块。

γ射线在磁场里不偏转，说明它不带电。后来，维拉尔搞清楚了，γ射线是一种电磁波，频率比X射线还高。

1902年，卢瑟福和他的助手、英国化学家、物理学家弗雷德里克?索迪研究钍的放射性，突然发现，放出α粒子或者β粒子后，钍就变身了，成为另一种元素！这是怎么回事？！索迪惊呼，这不就是“嬗变”吗！

“嬗变”是炼金术的术语。而在卢瑟福那个年代，炼金，早就是巫术、骗术和笑话的代名词了。卢瑟福听索迪用了这个词，就说，索迪，拜托你别管它叫“嬗变”好吗？他们会把我们当成炼金术士砍头的。

玩笑归玩笑，他俩很快就意识到，所谓放射性，就是原子本身分裂，或者蜕变成另一种原子所引起的。它不是原子间或分子间的变化，也就是说，这不是化学反应，而是原子本身的变化。在汤老师的支持下，他俩的论文发表后，得到物理界、化学界的一致反对——原子怎么能变呢是吧？

1903年3月，索迪离开了卢瑟福实验室，回到伦敦。他和惰性气体发现者拉姆塞合作，进一步证实了α射线就是带正电的氦离子流。啥叫“离子”呢？我们知道，原子核带正电，电子带负电，二者电荷量平衡时，原子整体就是电中性。电中性的原子捡到一个电子，就带负电；丢掉一个电子，就带正电。带电的，不止是原子，也有原子团或分子团，这种带电的微粒，就叫做离子。而它们丢掉或者捡到电子的过程，就叫“电离”。还记得刚才的问题吗：能量巨大的α粒子为啥那么容易被拦截？因为它很容易跟别的粒子发生电离反应，一反应就留下了。所以没派他去取西经。

那段时间的理化界，寻找放射性元素也很时尚，物理学家、化学家纷纷加入寻宝大军，各种查，各种炼，一时间，“新”放射性元素层出不穷。

开始还好，后来人们发现，有点不对劲。因为到1907年，寻宝大军居然找到了将近30种放射性元素！

元素周期表顿感鸭梨山大，它收不下这些冗员，就算是谁谁谁的亲妹子干闺女也不行。因为周期表是按原子序数排列的，不能随意扩编，不能因人设岗，坑只能挖那么多，萝卜嘛宁缺毋滥。否则，整张表就废了。

有人开始怀疑，周期表是不是对放射性元素不适用了。

还有人研究这些放射性元素本身，一对比，发现，有的元素，放射性有区别，但化学性质完全一样。索迪研究了这类现象，于1910年提出：存在“原子量和放射性不同，但其它物理、化学性质完全相同”的元素变种，这些变种应该处于周期表的同一位置。这就是同位素。

同位素的提出，进一步加深了人类对元素的认识，还顺便解决了元素周期表的编制问题。坑还是那些坑，但一个坑里可以放多个萝卜，前提是，它们必须互为对方的变种，并且物理、化学性质一模一样，就像体重有变化的自己。不明白？那就再打个比方。元素周期表就好比饲养场，我们饲养了三个动物：鸡、狗、驴。每个动物一间屋子，现在又找到一只动物，长得跟驴差不多大，但经鉴定，它是狗，不是其他新物种，只是个头比较大。那么，我们应该给它安排在哪个屋子呢？当然和狗放在一起。这两只狗就是同位素。

既然，元素放出氦（α射线），或者放出电子（β射线），就可以蜕变成别的元素，那么，蜕变前后的两种元素，它们在周期表上是啥关系呢？索迪提出了“位移规则”：α蜕变后，在周期表上向前（即向左）移两位，原子序数减2，原子量减4；β蜕变后，向后移一位，即原子序数增1，原子量不变。英国化学家罗素、德国化学家法扬斯也独立地发现了这个位移规则。

根据同位素假说，天然放射性元素被分为三个系：铀-镭系、钍系、锕系。根据位移规则推测，三个放射系蜕变到最后，都是铅的同位素。这个推论在1914年被美国化学家里查兹验证。

插播一个小广告。这期间，英国物理学家阿斯顿发明了一个小玩意儿，可以测量带电粒子的质量，精确测量各种原子的原子量。这下测粒子质量方便了，实在是居家旅行、化学物理、科学实验之必备良品！对了，请认准它的名字：质谱仪。

同位素的提出，质谱仪的使用，解决了元素周期表的一桩悬案。

1815年，英国医生普劳特提出，所有元素的原子量，应该都是氢原子量的整数倍。

一开始，化学家们认为很有道理。但是一测，坏了，数据显示，普大夫说错了。于是大家只好放弃这个美丽的假说。

元素周期诞生后，化学家们看看极有规律的元素队列，又想起普大夫的假说，于是又测，结果涛声依旧。

元素周期律很好用，大家认为可以信赖，但是在周期表中，钾VS氩、钴VS镍、碲VS碘的位置，按照原子量看，顺序是颠倒的！

一个大大的问号一直悬在物理学家、化学家们的头上，大家都很尴尬。直到阿斯顿手托质谱仪降临。

经过各种测、各种算，阿斯顿指出，几乎所有的元素都存在同位素。我们原来提取的某种元素，实际上是其同位素的混合体！

混合体比例不同，测得的原子量，数值就略有差别，怪不得老是搞不太准，只能得出平均值！比方说氯Cl，有两个同位素：Cl35和Cl37。它俩的原子量当然分别是35和37，但是，我们原来分不开它们，测的是混合物，它俩在自然界的丰度大致是3:1，所以，我们得到个平均的大约值：35.46。

所以，普劳特医生提出的那个美丽的假说是对的，成了又一个美妙的法则。

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为什么会有如此美丽的法则呢？别急，一会就知道了。

α粒子散射实验后，卢瑟福知道了原子的大致结构：原子核+电子。所以，丢了电子的氦原子，应该就是氦原子核。发现原子嬗变后，卢瑟福知道原子可以嬗变，嬗变时可以放出电子和氦核。α射线也就是飞驰的氦核能量大，还特愿意跟别的粒子起反应……

一个大胆的想法从卢瑟福脑中蹦了出来：用氦核当炮弹轰击其他粒子，能不能引起嬗变呢？不能引起嬗变也能讹来点援助吧？卢瑟福可不是光说不练的主，他说干就干，1918年，他不仅把氦核弹对准了氮，还发射了！不仅发射了，还击中了！果然，氮乖乖送出了氢原子核。卢瑟福一量，氢原子核的质量是电子的1836倍。这是地球人第一次有意完成的核反应，看来不是所有的核反应都那么可怕哦。这次核弹轰炸，标志着核物理时代的开始。

用氦核弹轰击氮原子，可以得到氢原子，这说明，原子核也是可以拆开的。那么，原子核又是啥玩意儿构成的呢？

卢瑟福想，既然氮原子里含有氢核，而氢的原子序数为1，没有比它更小的原子核了，那么，可以认为氢原子核是一个基本粒子。带一个正电荷的氢原子核，就叫质子。所以，一个原子的序数，实际上就是指原子核中的质子数。简直太美妙了！

OK，这样说，所谓原子核，其实就是质子。不同数量的质子，组成了不同的原子核？

恭喜你，卢瑟福发现质子后，当时物理界也都是这样认为的。

但是，人们的美好愿望老是和现实差那么一截。

如果原子只由质子组成，那么原子量就是质子数，而每一个质子都带一个正电荷。那么，一个电中性的原子，就应该是这样的：有多少电子，就有多少质子。是吧？

又因为氢原子核就是1个质子，而氢原子的原子量是1，所以，一个原子有多少电子，它的原子量就应该是多少，对吧？

上面说的太绕，写成公式：

电子数=质子数=原子序数=原子量

没错吧？

很美很强大。

电子数、原子序数、质子数这哥仨相等不假，可是，很多元素的原子量跟它们仨谁都不相等，有的原子所携带的电子，只有原子量的一半！就比如原子序数排行老7的氮-14，它的原子量是14，却只带7个电子，因为它的原子核只带7个正电荷。

1920年，卢瑟福提出，可能有一种电中性的粒子，与质子一起组成了原子核。也有一些物理学家认为，氮-14的原子核就是由14个质子组成，只不过有7个电子在原子核内，抵消了另外7个质子的正电荷，所以，它才显现出7个正电荷，在核外可以带7个电子。

后来呀，量子力学就兴起了。量子力学指出，没有什么力量能把电子这样轻的粒子束缚在像原子核这么小的区域中。

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