Liczba masowa
 |
| Fizyka jądrowa |
|---|
| Jądro · Nukleony ( p , n ) · Materia jądrowa · Siła jądrowa · Struktura jądrowa · Reakcja jądrowa |
Liczba masowa (symbol A , od niemieckiego słowa Atomgewicht [masa atomowa]), zwana także masową liczbą atomową lub liczbą nukleonów , to całkowita liczba protonów i neutronów (zwanych łącznie nukleonami ) w jądrze atomowym . Jest w przybliżeniu równa masie atomowej ( znanej również jako izotopowa ) atomu wyrażonej w atomowych jednostkach masy . Ponieważ zarówno protony, jak i neutrony są barionami , liczba masowa A jest identyczna z liczbą barionową B jądra (a także całego atomu lub jonu ). Liczba masowa jest różna dla każdego izotopu danego pierwiastka chemicznego , a różnica między liczbą masową a liczbą atomową Z daje liczbę neutronów ( N ) w jądrze: N = A − Z .
Liczba masowa jest zapisywana po nazwie pierwiastka lub w indeksie górnym po lewej stronie symbolu pierwiastka. 12C
Na
przykład najbardziej powszechnym izotopem węgla jest węgiel-12 lub , który ma 6 protonów i 6 neutronów. Pełny symbol izotopu miałby również liczbę atomową ( Z ) jako indeks dolny po lewej stronie symbolu pierwiastka bezpośrednio pod liczbą masową:
12 6 C
.
Zmiany liczby masowej w rozpadzie promieniotwórczym
Różne typy rozpadów promieniotwórczych charakteryzują się zmianami liczby masowej i liczby atomowej , zgodnie z prawem przemieszczania promieniotwórczego Fajansa i Soddy'ego . Na przykład uran-238 zwykle rozpada się na drodze rozpadu alfa , w którym jądro traci dwa neutrony i dwa protony w postaci cząstki alfa . Zatem liczba atomowa i liczba neutronów zmniejszają się o 2 ( Z : 92 → 90, N : 146 → 144), tak że liczba masowa zmniejsza się o 4 ( A = 238 → 234); wynikiem jest atom toru-234 i cząstka alfa (
4 2 He 2+
):
238 92 U
→
234 90 tys
+
4 2 On 2+
Z drugiej strony węgiel-14 rozpada się na drodze rozpadu beta , w wyniku którego jeden neutron jest przekształcany w proton z emisją elektronu i antyneutrina . Zatem liczba atomowa wzrasta o 1 ( Z : 6 → 7), a liczba masowa pozostaje taka sama ( A = 14), podczas gdy liczba neutronów maleje o 1 ( N : 8 → 7). Powstały atom to azot-14 z siedmioma protonami i siedmioma neutronami:
14 6 C
→
14 7 P
+
e- _
+
ν
e
Rozpad beta jest możliwy, ponieważ różne izobary mają różnice mas rzędu kilku mas elektronów . Jeśli to możliwe, nuklid ulegnie rozpadowi beta do sąsiedniego izobaru o mniejszej masie. W przypadku braku innych trybów rozpadu kaskada rozpadów beta kończy się na izobarze o najniższej masie atomowej .
Innym rodzajem rozpadu promieniotwórczego bez zmiany liczby masowej jest emisja promieniowania gamma z izomeru jądrowego lub metastabilnego stanu wzbudzonego jądra atomowego. Ponieważ w tym procesie wszystkie protony i neutrony pozostają niezmienione w jądrze, liczba masowa również pozostaje niezmieniona.
Liczba masowa i masa izotopowa
Liczba masowa daje oszacowanie masy izotopowej mierzonej w atomowych jednostkach masy (u). Dla 12 C masa izotopowa wynosi dokładnie 12, ponieważ jednostka masy atomowej jest zdefiniowana jako 1/12 masy 12 C. W przypadku innych izotopów masa izotopowa zwykle mieści się w granicach 0,1 u od liczby masowej. Na przykład 35 Cl (17 protonów i 18 neutronów) ma liczbę masową 35 i masę izotopową 34,96885. Różnica rzeczywistej masy izotopowej pomniejszona o liczbę masową atomu jest znana jako nadmiar masy , który przez 35 Cl wynosi –0,03115. Nadmiaru masy nie należy mylić z defektem masy , który jest różnicą między masą atomu a jego cząstkami składowymi (tj. protonami , neutronami i elektronami ).
Istnieją dwa powody nadmiaru masy:
- Neutron jest nieco cięższy od protonu. Zwiększa to masę jąder z większą liczbą neutronów niż protonów w stosunku do skali jednostek masy atomowej opartej na 12 C z równą liczbą protonów i neutronów.
- Jądrowa energia wiązania jest różna w różnych jądrach. Jądro o większej energii wiązania ma niższą energię całkowitą, a zatem mniejszą masę, zgodnie z einsteinowską relacją równoważności masy i energii E = mc 2 . Dla 35 Cl masa izotopowa jest mniejsza niż 35, więc musi to być czynnik dominujący.
Względna masa atomowa pierwiastka
Liczby masowej nie należy również mylić ze standardową masą atomową (zwaną również masą atomową ) pierwiastka, która jest stosunkiem średniej masy atomowej różnych izotopów tego pierwiastka (ważonej obfitością) do stałej masy atomowej . Masa atomowa jest masy , podczas gdy liczba masowa jest liczbą zliczoną (a więc liczbą całkowitą).
Ta średnia ważona może znacznie różnić się od wartości zbliżonych do całkowitych dla poszczególnych mas izotopowych. Na przykład istnieją dwa główne izotopy chloru : chlor-35 i chlor-37. W dowolnej próbce chloru, która nie została poddana separacji mas, będzie około 75% atomów chloru, które są chlorem-35, i tylko 25% atomów chloru, które są chlorem-37. Daje to chlorowi względną masę atomową 35,5 (właściwie 35,4527 g/ mol ).
Co więcej, średnia ważona masa może być bliska liczbie całkowitej, ale jednocześnie nie odpowiadać masie żadnego naturalnego izotopu. Na przykład brom ma tylko dwa stabilne izotopy, 79 Br i 81 Br, występujące naturalnie w mniej więcej równych frakcjach, co prowadzi do standardowej masy atomowej bromu bliskiej 80 (79,904 g/mol), mimo że izotop 80 Br z takimi masa jest niestabilna.
Dalsza lektura
- biskup, Marek. „Struktura materii i pierwiastków chemicznych (rozdz. 3)” . Wprowadzenie do chemii . Wydawnictwo chiralne. P. 93. ISBN 978-0-9778105-4-3 . Źródło 2008-07-08 .