不友善的怼一下其它两位答主:题主可能刚接触核物理,问个问题怎么了?说不上个所以然就给人家扣上「不尊重他人研究成果」的大帽子吗?你知道当年有个荷兰民科在同样的问题上质疑了卢瑟福的结论,最后证实卢瑟福是错的了吗?还有「科学家不能严格证明金原子有79个质子」这种言论不要随便说出来好吗?

然后认真答题:题主你想多了,金原子的原子核里必然有79个质子。如果把这个问题拿给一位当代学生,他会这么证明:金的原子序数为79,原子序数=核电荷数=质子数=79。不过为了建立这个看似很简单的等价关系,物理学家们很是费了一番周折。

1871年,元素天尊门捷列夫意识到了元素性质会随著原子质量的递增展现出周期性。他以此为基础绘制了第一份元素周期表,并以根据原子质量为元素排了序,这就是原子序数的由来。彼时,物理学界还没意识到原子序数的重要性。

在差不多一个世纪前,物理学界还没有「质子」的概念。那时卢瑟福刚刚通过以α粒子轰击金箔来证明原子核的存在,并以此构建了卢瑟福原子模型。依据此模型,他预测金的原子核的核电荷数应当为100(按这个理论,金应该有100个质子),然后他为此水了篇Paper~他的理论依据就是:原子的核电荷数应当等于原子质量的一半。可一位荷兰律师(算是个民科)范登布洛克看完论文后不以为然,他随后也发了篇论文,提出的假设是:原子核的正电荷数=电子数=元素在周期表上的编号(原子序数)。所以按照他的预测,金应该有79个质子。

这导致卢瑟福的同事,物理学家亨利.莫斯利(Henry Moseley)在1913年做了个实验,来测定各元素的X射线光谱。这项实验得出了的结论就是著名的莫斯利定律,而该定律证实了核电荷数(后来被证实等同于质子数)就是元素周期表里的原子序数。而他的研究方法被学界广泛采纳,最终在1915年核实了从氢到铀(原子序数为1-92)的全部原子的正确原子序数。这项研究不但改进了元素周期表,还间接推测出了元素周期表上至少缺了质子数为43、61、72、75、85、87及91的7个元素。

当然这个故事还没有结束,1917年卢瑟福又认识到了原子核是由大量「质子」构成的,那么问题又来了:金的相对原子质量是197,但根据莫斯利的实验结果,金原子的核电荷数却只有79,这怎么解释呢?卢瑟福的解释很有意思:他认为金的原子核里就是有197个带正电的质子,但里面还存在118个带负电的「核电子(nuclear electron)」,这样最终原子核的正电荷数就是79啦!这次修正他的理论的人,就是在1932年发现中子的詹姆士.查德威克。自此,人们才意识到金的原子核里还有118个不带电的中子。于是,我们终于可以确定的说:质子数=核电荷数,所以金的原子核里有79个质子!

好了,现在做个总结:首先门捷列夫确定了每个元素在周期表上对应著一个固定的原子序数,然后莫斯利证明了这个序数就是原子核的核电荷数,结合查德威克修正过的波尔-卢瑟福原子模型,核电荷数就是质子数。金有79个质子,最初就是这么证明的。

最后再说一句,莫斯利在做完这个实验后回了牛津,但却在1915年被征召入伍参与了一战,并在战争中被一位狙击手射杀,时年27岁,没来得及获得诺贝尔奖。借此机会缅怀一下这位了不起的物理学家。


题主应该是想问科学家怎么测量出某种元素含有多少质子,非常好的问题…真的完全不懂为什么要对题主冷嘲热讽,就像问光速是怎么测量的,你答 因为米的长度被定义为光在真空中于1/299 792458秒内行进的距离,所以光速是299792458米每秒 一样傻逼。

英国物理学家亨利莫斯莱(Henry Moseley)在1913年通过元素的X射线光谱发现了莫斯莱定律(实验式),从而可以测量元素原子含有的质子数。

可以参考维基百科内容:

中文版维基:

https://zh.m.wikipedia.org/wiki/%E8%8E%AB%E5%A1%9E%E8%90%8A%E5%AE%9A%E5%BE%8B?

zh.m.wikipedia.org

英文版维基:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Moseleys_law?

en.m.wikipedia.org

还可以看下维基百科上atomic number中历史的部分。


20世纪初是物理学发展最快的时代,随著伦琴发现X射线,物理学家们争相研究各种神秘的射线,走在最前面的是大名鼎鼎的卢瑟福。他第一个提出半衰期的概念,还将各种射线按照贯穿能力分成α射线和β射线,因此获得了1908年诺贝尔化学奖。然后他更进一步,1909年做了名垂青史的金箔实验,提出了新一代的原子模型,说明原子绝非组成物质的最小单元,也有其内部结构。

【著名的金箔散射实验。】

卢瑟福自身成就巨大,更为人所知的是他培养出了一帮诺贝尔奖获得者的学生和助手。今天要讲的第一个是著名的玻尔,他是后来哥本哈根学派的领袖,曾经跟爱因斯坦展开一场世纪论战,在当时,他的风头简直可以和爱因斯坦分庭抗礼。而早在当他留学英国,参加卢瑟福的科学团队的时候,他也接受了卢瑟福的原子模型,并提出了量子化的玻尔模型。虽然这些都已经被写入现在的教科书,可在当时很少有人能接受这些前卫的思想。玻尔后来回忆道:「你看,在当时卢瑟福的工作并没有被严肃对待,这在今天简直不可想像!在当时几乎没有任何地方提到原子模型,伟大的改变来自莫塞莱!」

【年轻的玻尔,早年他留学英国,参与卢瑟福的科研团队。后来他因原子结构理论的贡献获得1922年诺贝尔物理学奖。】

莫塞莱是卢瑟福的另一位弟子,甚至可以说是最被看重的学生。莫塞莱在实验室里简直能用「疯狂」二字来形容,他可以在实验室里连续工作15个小时,只吃一小点水果沙拉和乳酪,仿佛以后再也没有机会工作似的。

在「钡」篇章里我们提到伦琴发现了X射线,然后物理学家们纷纷使用这种神秘射线拷问各种事物,1911年,布拉格就开始使用X射线测定晶体的结构,莫塞莱也对此非常感兴趣。1913年,他跟玻尔就玻尔原子模型聊了一会,让他脑洞大开,于是他开始改用电子束去轰击各种各样的元素。

【1915年诺贝尔物理学奖获得者:发明X射线衍射的布拉格。】

现在我们知道,电子束击中原子后会将原子中的电子轰击出来,并释放出高能X射线。莫塞莱观察了各种元素产生X射线的波长,惊奇的发现X射线的波长随发射元素原子量的增大而均匀地减小。仔细计算以后,发现X射线的频率和(原子序数-1)的平方成正比。

【针对Kα线系的莫塞莱公式。】

你也许要说:「这不过是众多物理公式中很普通的一个吧,我都没学过哎!」

可是我必须告诉你,从历史的角度来说,这个公式意义超乎你的想像!

门捷列夫建立了元素周期表以后,化学家们不断添砖加瓦,填补周期表中的空白。可是周期表仍然有些小bug,比如钴的原子量比镍大,但按照化学性质,钴应该排在镍的前面,类似的还有碘和碲,没有人知道为什么?

说句深刻的话,19世纪末20世纪初,元素周期表已经深入人心了,但没人知道元素周期表的原理。

【在实验室里的莫塞莱。】

而莫塞莱则直接将化学问题变成了物理问题,基于卢瑟福的原子模型,所有正电荷集中在正中微小而致密的原子核上,原子序数对应的就是原子核的正电荷数。(当时还没有发现质子)元素的排列绝非毫无规律,是化学家玩纸牌玩出来的,而是按照原子核的正电荷数依序上升的。

按照这个道理,钴和镍的排列不足为奇了。镍虽然较轻。但原子核带正电更多,所以必须排在钴的后面。所有元素的排列找到了一条最简单的规律,只需要按照原子核的正电荷数排列就好了。

【莫塞莱当年得到的X射线数据,从钙元素到锌元素。】

既然如此,卢瑟福那无人问津的原子核模型也就自然成立了,因为再没有哪个理论能够将元素周期表解释的如此完美。

如果说本生和基尔霍夫发明的分光镜是可以识别元素的身份证,莫塞莱的原子枪就是元素的「验伪仪」,还记得我们在上两篇稀土元素发现史中提到过,化学家们发现了不下几十种新元素,后来都被验伪了,莫塞莱的原子枪是最权威的。

经过莫塞莱原子枪一番整理,就得到了我们今天所见的元素周期表,从1号元素氢到92号元素铀,只剩下7个空白:43、61、72、75、85、87、91号元素。

【莫塞莱对元素周期表的意义你现在明白了吗?】

在当时,莫塞莱仍然遇到一些反对的声音,比如上一篇我们提到的悉心研究稀土元素20年,发现镥元素的于尔班。他带著一份样品,是一套「于特比」元素的混合物,希望能难住莫塞莱。结果莫塞莱仅仅花了一个小时,就给了于尔班一份详细的元素名单,于尔班彻底服了!

【设计台词,于尔班:我服了!】

令人扼腕的是,年轻的天才莫塞莱遇到了第一次世界大战,他应征入伍。卢瑟福千方百计试图将他留在实验室,未果。

1915年,他奔赴土耳其,参加了一场无足轻重的战争。一天,土耳其军队突袭英军防线,深入英军方阵,战斗演变成一场贴身肉搏,27岁的莫塞莱在这场野蛮的混战中陨落。

后来阿西莫夫写道:「从他已取得的成就来看,在战争所杀害的无数人当中,要数他的死给人类造成的损失最大。」

阿西莫夫还推测,如果莫塞莱没有牺牲,1916年空缺的诺贝尔物理学奖非常可能颁发给他。但,假设的历史已经毫无意义了。

【竟然用如此智慧的脑子去参加野蛮的肉搏战。】


题主的问题已经有几位答主给出了清晰的回答,所以我这篇回答并不是回答题主的问题,而是想给题主一个建议。

你其实根本就不用来知乎提这个问题,自己百度一下就好了。因为你的问题等价于「为什么现代科学界认为金原子的原子核中含有79个质子」进而等价于「科学家如何测定金原子的核电荷数」。这个问题就相当的简洁而且可百度了。当你把百度的结果读完之后在有什么问题再继续百度,或者实在不明白去问老师(我觉得题主应该是个学生),或是来知乎提问都可以。这样会省去很多不必要的麻烦,也会没那么多不愉快(因为底下有人嘲讽题主),对吧?

学会准确地提出问题也是高效学习的必要条件之一。


原子核中质子数相同的元素都是同一种,无论它们之间的中子数有多少差别,他们都是同位素。

而原子核中的质子数量不同,他们就是两种不同的元素,事实上,元素周期表的排序就是根据原子序数排列的,它是原子核的质子数,也决定了核外电子数,因此也决定了这个元素的化学性质。当两种元素的质子数不同的时候,就会引发核外电子数不同,也会导致两种元素的化学性质存在差异。有差异的两种元素,自然不可能是同一种,那么,同一种元素,也不可能出现差异。


电离一个电子之后测荷质比 然后再完全电离测电荷?原子物理的测量技术就记得质谱光谱了


很多人回答的很好,但是怕你不理解。我简化一下:原子由质子和中子组成,质子有正电荷,中子不带电。不同原子的质子数量不同因此原子自身带的电荷也不同,所以只要能够测量电荷就可以反推质子的数量了。现在好了问题转化成了如何测量原子的电荷。这个也是有办法测量的。

实验的正确性多做几次啊!并且发现金的排列符合元素周期表的规律那应该就是正确的。


是原子核中的79个质子的原子叫金原子,不是金原子「正好」有79个原子吧。

因为没记住元素周期表,看了评论才发现不对,已经改过来勒


下面有些回答真的搞笑,人家想问的就是质子是怎么测定的,至于那么激动吗


已知质子带一个正电荷,电子带一个负电荷

由金元素的化学性质和金原子的原子量可以推断,金位于周期表的第六周期第IB族。

又由元素周期表的性质及规律可知,位于此位置的金原子核外有79个电子。

金块不带电。推知金原子不带电。

所以金原子核内有79个正电荷,即为79个质子。


如果说的是原子,这个问题你把因果关系搞反了。

不是金原子究竟有几个质子,而是只有79个质子才叫金原子。

我是不是可以这样理解,你的意思是现实中的黄金,它的单质原子并非79个质子?

这个可能性微乎其微,79个质子这个结论已经用目前人类能想到能实现的所有办法验证过了。


金原子的定义就是原子核内有79个质子,如果一个原子的原子核不是79个质子,那它就不是金原子。

所以不存在弄错的情况,因为定义就是这样。除非你改定义。

这不是一个物理问题。


若真有兴趣,查查当年的实验吧,看看是怎么估算出来的,应该有不少的实验从各个角度去证实的,你这种没什么依据就说科学工作者弄错了,太不负责任了,完全抹杀别人辛苦认真的劳动啊!就好像别人怀疑你不是亲生的,又没什么依据一样~


你可能想反了。

只要原子核里面是79个质子,中子数量不论多少都是金元素的同位素。

原子核78个质子的原子,是铂


如果是78个质子,那么他是铂原子!


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