LICZBA MASOWA: CO TO JEST I JAK JĄ ZDOBYĆ (Z PRZYKŁADAMI) - FIZYCZNY - 2026

Liczba masowa lub liczba masowa atomu to suma liczby protonów i liczby neutronów w jądrze. Cząstki te są oznaczane zamiennie z nazwami nukleonów, dlatego liczba masowa określa ich ilość.

Niech N będzie liczbą obecnych neutronów, a Z liczbą protonów, jeśli nazwiemy A jako liczbę masową, to:

A = N + Z

Rysunek 1. Promień ma liczbę masową A = 226, rozpada się na radon przy A = 222 i wydziela jądro helu o wartości A = 4. Źródło: Wikimedia Commons. PerOX

Przykłady liczb masowych

Oto kilka przykładów liczb masowych dla dobrze znanych pierwiastków:

Wodór

Najbardziej stabilny i obfity atom wodoru jest również najprostszy: 1 proton i jeden elektron. Ponieważ jądro wodoru nie ma neutronów, prawdą jest, że A = Z = 1.

Tlen

Jądro tlenu ma 8 neutronów i 8 protonów, więc A = 16.

Węgiel

Życie na Ziemi opiera się na chemii węgla, lekkiego atomu z 6 protonami w jądrze plus 6 neutronów, więc A = 6 + 6 = 12.

Uran

Ten pierwiastek, znacznie cięższy niż poprzednie, jest dobrze znany ze swoich właściwości radioaktywnych. Jądro uranu ma 92 protony i 146 neutronów. Wtedy jego liczba masowa wynosi A = 92 + 146 = 238.

Jak uzyskać numer masowy?

Jak wspomniano wcześniej, liczba masowa A pierwiastka zawsze odpowiada sumie liczby protonów i liczby neutronów, które zawiera jego jądro. Jest to również liczba całkowita, ale … czy jest jakaś zasada dotycząca związku między dwiema wielkościami?

Zobaczmy: wszystkie wymienione wyżej pierwiastki są lekkie, z wyjątkiem uranu. Jak powiedzieliśmy, atom wodoru jest najprostszy. Nie ma neutronów, przynajmniej w swojej najliczniejszej wersji, aw tlenie i węglu jest równa liczba protonów i neutronów.

Dzieje się tak również z innymi lekkimi pierwiastkami, takimi jak azot, inny bardzo ważny dla życia gaz, który ma 7 protonów i 7 neutronów. Jednak w miarę jak jądro staje się bardziej złożone, a atomy cięższe, liczba neutronów rośnie w różnym tempie.

W przeciwieństwie do lekkich pierwiastków, uran z 92 protonami ma około 1 ½ razy więcej neutronów: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Jak widać, liczba neutronów, jaką posiada, jest bliska 146.

Rysunek 2. Krzywa stabilności. Źródło: F. Zapata.

Wszystko to jest widoczne na krzywej na rysunku 2. Jest to wykres zależności N od Z, znany jako krzywa stabilności jądrowej. Można tam zobaczyć, jak lekkie atomy mają taką samą liczbę protonów jak neutrony i jak od Z = 20 wzrasta liczba neutronów.

W ten sposób duży atom staje się bardziej stabilny, ponieważ nadmiar neutronów zmniejsza odpychanie elektrostatyczne między protonami.

Notacja dla atomów

Bardzo przydatna notacja, która szybko opisuje rodzaj atomu, jest następująca: symbol pierwiastka oraz odpowiednie liczby atomowe i masowe są zapisane tak, jak pokazano poniżej na tym schemacie:

Rysunek 3. Notacja atomowa. Źródło: F. Zapata.

W tym zapisie atomy w poprzednich przykładach wyglądałyby następująco:

Czasami stosuje się inną wygodniejszą notację, w której do oznaczenia atomu używa się tylko symbolu pierwiastka i liczby masowej, pomijając liczbę atomową. W ten sposób ¹² ₆ C jest zapisane po prostu jako węgiel-12, ¹⁶ ₈ O byłoby tlenem-16 i tak dalej dla dowolnego pierwiastka.

Izotopy

Liczba protonów w jądrze determinuje naturę pierwiastka. Na przykład każdy atom, którego jądro zawiera 29 protonów, jest atomem miedzi, bez względu na wszystko.

Załóżmy, że atom miedzi z jakiegoś powodu traci elektron, nadal jest to miedź. Jednak teraz jest to zjonizowany atom.

Jądrowi atomowemu trudniej jest zdobyć lub stracić proton, ale w naturze może się to zdarzyć. Na przykład w gwiazdach cięższe pierwiastki są nieustannie tworzone z lekkich pierwiastków, ponieważ jądro gwiazdy zachowuje się jak reaktor termojądrowy.

A tu, na Ziemi, zachodzi zjawisko rozpadu radioaktywnego, w którym niestabilne atomy wyrzucają nukleony i emitują energię, przekształcając się w inne pierwiastki.

Wreszcie istnieje możliwość, że atom określonego pierwiastka ma inną liczbę masową, w tym przypadku jest to izotop.

Dobrym przykładem jest dobrze znany węgiel-14 lub radiowęglowodór, który służy do datowania obiektów archeologicznych i jako znacznik biochemiczny. To ten sam węgiel, o identycznych właściwościach chemicznych, ale z dwoma dodatkowymi neutronami.

Węgiel-14 występuje w mniejszych ilościach niż węgiel-12, stabilny izotop, a także jest radioaktywny. Oznacza to, że z biegiem czasu rozpada się, emitując energię i cząsteczki, aż stanie się stabilnym pierwiastkiem, którym w jego przypadku jest azot.

Izotopy węgla

Węgiel występuje w przyrodzie jako mieszanina kilku izotopów, z których najliczniejszym jest wspomniany ¹² ₆ C lub węgiel-12. Oprócz węgla-14 jest ¹³ ₆ C z dodatkowym neutronem.

Jest to powszechne w przyrodzie, na przykład znanych jest 10 stabilnych izotopów cyny. W przeciwieństwie do berylu i sodu znany jest tylko jeden izotop.

Każdy izotop, naturalny lub sztuczny, ma inną szybkość przemiany. W ten sam sposób możliwe jest tworzenie w laboratorium sztucznych izotopów, które są generalnie niestabilne i rozpadają się radioaktywnie w bardzo krótkim okresie ułamków sekundy, podczas gdy inne trwają znacznie dłużej, o ile wiek Ziemi lub dłużej.

Tabela naturalnych izotopów węgla

Izotopy węgla	Liczba atomowa Z	Numer masowy A	Obfitość%
12 6 C	6	12	98,89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	Ślady

Przykłady praktyczne

- Przykład 1

Jaka jest różnica między ¹³ ₇ N a ¹⁴ ₇ N?

Odpowiadać

Oba są atomami azotu, ponieważ ich liczba atomowa wynosi 7. Jednak jeden z izotopów, ten z A = 13, ma o jeden neutron mniej, podczas gdy ¹⁴ ₇ N jest najbardziej rozpowszechnionym izotopem.

- Przykład 2

Ile neutronów znajduje się w jądrze atomu rtęci, oznaczonym jako ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Odpowiadać

Ponieważ A = 201 i Z = 80, a także wiedząc, że:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

I wyciągnięto wniosek, że atom rtęci ma 121 neutronów.

Bibliografia

1. Connor, N. Co to jest Nucleon - struktura jądra atomowego - definicja. Odzyskane z: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach. Osoba.
3. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z fizyką współczesną. 14. Ed. Tom 2.
4. Tippens, P. 2011. Fizyka: koncepcje i zastosowania. 7th Edition. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Liczba masowa. Odzyskane z: en.wikipedia.org.