主要内容
原子序数、原子质量和同位素
原子的基本特性包括原子序数和原子质量。原子序数等于原子中的质子的数量，同位素具有相同的原子序数但它们的中子数量有所不同。
介绍
新闻中经常会出现放射性这一说法。例如，你可能在讨论核能、福岛反应堆悲剧或核武器发展时看到了这一点。它也出现在流行文化中：许多超级英雄的起源故事都涉及辐射照射，例如，蜘蛛侠就是被放射性蜘蛛咬伤的。但某种东西具有放射性究竟意味着什么呢？
放射性实际上是原子的特性。放射性原子有不稳定的原子核，它们最终会释放亚原子粒子从而变得更加稳定，释放出能量——也就是辐射。通常情况下，一个元素会有放射性和非放射性两种版本，它们所包含的中子数量不同。这些不同的元素版本被称为同位素，少量的放射性同位素经常发生在自然界中。例如，大气中存在少量的碳作为放射性碳-14，化石中发现的碳-14量使古生物学家能够确定它们的年龄。
在本文中，我们将更详细地研究不同原子所包含的亚原子粒子，以及是什么使同位素具有放射性。
原子序数、原子质量和相对原子质量
每个元素的原子包含一定数量的质子。事实上，质子的数量决定了我们所看到的原子（例如，所有具有六个质子的原子都是碳原子）；原子中的质子数被称为原子序数。相比之下，一个元素的中子数量情况可能会有所不同。具有同一原子的形式，只有中子数量不同的元素被称为同位素。质子的数量和中子的数量决定了元素的质量数： 质量数 = 质子 + 中子。如果你想计算一个原子有多少中子，你可以简单地从质量数中减去质子数或原子序数。
与原子质量数密切相关的一个属性是它的原子质量。单个原子的原子质量是它的总质量，通常以原子质量单位或amu表示。根据定义，具有六个中子的碳原子（碳-12）的原子质量为 12 amu。其他原子一般没有整数的原子质量，原因有点超出了本文的范围。不过一般来说，原子的原子质量将非常接近其质量数，但在小数位会有一些偏差。
由于元素的同位素具有不同的原子质量，科学家也可以确定元素的相对原子质量，有时称为原子量。相对原子质量是一个元素所有不同的同位素的原子质量的平均值，每个同位素对平均值的贡献取决于它所占的比例。周期表中给出的相对原子质量——如下面的氢原子——是每个元素的所有自然产生的同位素计算的，并根据地球上这些同位素的丰度加权。外星物体，如小行星或流星，可能有非常不同的同位素丰度。
同位素和放射性衰变
如上所述，同位素是元素的不同形式，是具有相同数量的质子但不同数量中子的元素。许多元素——如碳、钾和铀——都有多种天然同位素。碳-12的中性原子包含六个质子、六个中子和六个电子；因此它的质量数为12（6个质子加6个中子）。中性的碳-14 包含六个质子、八个中子和六个电子；它的质量数是 14（6个质子加上8个中子）。这两种不同形式的碳是同位素。
有些同位素是稳定的，但另一些同位素可以发射或踢出亚原子粒子，以达到更稳定、更低能量的构型。这种同位素被称为放射性同位素，它们释放粒子和能量的过程称为衰变。放射性衰变会导致原子核中质子数量的变化；当这种情况发生时，原子的特性就会改变（例如，碳-14衰变为氮-14）。
放射性衰变是一个随机但指数化的过程，同位素的半衰期是一半的物质衰变成为不同的、相对稳定的产物的时期。原始同位素与其衰变产物和稳定同位素的比率以可预测的方式变化；这种可预测性允许同位素的相对丰度被用作测量从同位素出现（例如，进入化石）到现在的时间。
例如，碳通常以气体如二氧化碳的形式存在于大气中，并且以三种同位素形式存在：碳-12和碳-13，它们是稳定的；碳-14，它是具有放射性的。 这些形式的碳在大气中以相对恒定的比例存在，其中碳-12为主要形式，约为99％，碳-13为次要形式，约为1％，碳-14仅以微量存在。
在大约5730年的半衰期后，最初存在的一半碳-14将转化为氮-14。 此属性可用于追溯以前的生活物体，如旧骨头或木头的年龄。 通过比较物体中碳-14与碳-12浓度的比率与大气中的比率，相当于物体的起始浓度，可以确定尚未衰变的同位素的比例。 根据这一比例，如果材料的年龄不超过5万年，就可以准确计算材料的年龄。 其他元素具有不同半衰期的同位素，因此可用于测量不同时间尺度上的年龄。 例如，钾-40的半衰期为12.5亿年，而铀-235的半衰期约为7亿年，并已用于测量月球岩石的年龄。
