同一种元素的两个原子在化学性质上是相同的，因为它们具有相同的质子数（即原子序数），这决定了它们的电子排布和化学行为。那么在物理性质上，这些原子也是完全相同的吗？
答案是否定的，甚至我们可以说宇宙中没有两个原子是完全一样的。
相同元素的两个原子通常不相同。首先，原子的电子可以占据一系列可能的状态。如果同一元素的两个原子的电子处于不同的状态，则它们可能会不同。比如一个铜原子的电子处于激发态，而另一个铜原子的所有电子都处于基态，那么这两个原子是不同的。当电子松弛回到基态时，被激发的铜原子会发出一点光，而已经处于基态的铜原子则不会。
由于原子中电子的状态决定了原子所经历的化学键的性质，因此如果同一元素的两个原子处于不同的状态，它们的反应会有所不同。例如，中性钠原子与水的反应比电离的钠原子更剧烈。如果你想完全描述和预测一个反应，仅仅说涉及哪些原子是不够的。你还必须指定原子中电子的电离/激发状态。
但是，如果同一元素的两个原子的电子都处于相同的状态呢？那么它们是一样的吗？
并不会，它们仍然不完全相同。相同元素和相同电子状态的两个原子可能以不同的速度行进或旋转，这会影响它们的化学键合能力。移动较慢的原子（如固体铁中的原子）有时间形成稳定的键，而移动较快的原子（如液态铁中的原子）不能形成这种稳定的键。缓慢移动的锡原子与快速移动的锡原子的作用不同。
但是，如果同一元素的两个原子的电子都处于相同的状态，并且原子都以相同的速度行进和旋转，那该怎么办？那么它们是一样的吗？
依然不是。尽管两个这样的原子在化学上基本上是相同的（它们会以相同的方式发生化学反应），但它们并不完全相同。
原子核包含紧密结合在一起的中子和质子。相同的化学元素可以具有不同数量的中子，但仍然是相同的元素。我们将具有不同中子数的同一元素的原子称为“同位素”。虽然所涉及的特定同位素不会影响原子的化学反应方式，但它确实决定了原子在核反应中的行为方式。地球上最常见的核反应是放射性衰变。一些同位素会很快衰变成其他元素并发射辐射，而其他同位素则不会。如果你正在进行碳测年，那么碳12原子与碳14原子不相同这一事实对于测年过程至关重要。简单地计算样品中的碳原子数并不能为你提供有关样品年龄的任何信息。你将不得不计算碳的不同同位素的数量。
但是，如果两个原子是相同的元素，电子处于相同的状态，以相同的速度行进和旋转，并且具有相同数量的中子呢？那么它们是一样的吗？
不。就像电子一样，原子核中的中子和质子可以处于各种激发态。此外，原子核作为一个整体可以以不同的速度旋转和振动。因此，即使所有其他条件都相同，两个金原子的原子核也可能处于不同的激发态，并且在核反应中的行为也不同。
简明扼要地说，同一元素的两个原子完全相同是非常困难的，事实上可能不会存在完全相同的原子。在物理学上，如果能够发现两个非常接近的原子，这样的发现都足以获得诺贝尔奖。
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