МАСОВА КІЛЬКІСТЬ: ЩО ЦЕ ТАКЕ І ЯК ЙОГО ОТРИМАТИ (З ПРИКЛАДАМИ) - ФІЗИЧНІ - 2025

Масове число або масове число атома є сумою числа протонів і числа нейтронів в ядрі. Ці частинки позначаються взаємозамінно з назвою нуклонів, тому масове число являє собою кількість їх.

Нехай N - кількість присутніх нейтронів, Z - кількість протонів, якщо A називаємо масовим числом, то:

A = N + Z

Малюнок 1. Радіус має масове число А = 226, розпадається на радон з А = 222 і випромінює ядро ​​гелію А = 4. Джерело: Wikimedia Commons. PerOX

Приклади масових чисел

Ось кілька прикладів масових чисел для відомих елементів:

Водень

Найбільш стійкий і найпоширеніший атом водню - це також найпростіший: 1 протон і один електрон. Оскільки ядро ​​водню не має нейтронів, то A = Z = 1.

Кисень

Ядро кисню має 8 нейтронів та 8 протонів, отже, А = 16.

Вуглець

Життя на Землі базується на хімії вуглецю, атома світла з 6 протонами в своєму ядрі плюс 6 нейтронів, тому А = 6 + 6 = 12.

Уран

Цей елемент, набагато важчий за попередні, добре відомий своїми радіоактивними властивостями. Ядро урану має 92 протони та 146 нейтронів. Тоді її масове число А = 92 + 146 = 238.

Як отримати масове число?

Як було сказано раніше, масове число A елемента завжди відповідає сумі кількості протонів і кількості нейтронів, які містить його ядро. Це також ціле число, але … чи є якесь правило щодо співвідношення між двома величинами?

Подивимось: всі згадані вище елементи легкі, крім урану. Атом водню, як ми говорили, найпростіший. У ній немає нейтронів, принаймні в найпоширенішій його версії, а в кисні та вуглеці є однакова кількість протонів і нейтронів.

Це трапляється і з іншими легкими елементами, такими як азот, ще один дуже важливий для життя газ, який містить 7 протонів і 7 нейтронів. Однак, оскільки ядро ​​стає складнішим, а атоми стають важчими, кількість нейтронів збільшується з різною швидкістю.

На відміну від легких елементів, уран, що має 92 протони, має кількість у нейтронах приблизно в 1 ½ рази більше: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Як бачимо, це досить близько до 146, кількість нейтронів у ньому є.

Малюнок 2. Крива стійкості. Джерело: Ф. Сапата.

Все це видно на кривій на малюнку 2. Це графік N проти Z, відомий як крива ядерної стійкості. Там можна побачити, як атоми світла мають однакову кількість протонів, як нейтрони, і як із Z = 20 кількість нейтронів збільшується.

Таким чином великий атом стає більш стійким, оскільки надлишок нейтронів зменшує електростатичне відштовхування між протонами.

Позначення для атомів

Дуже корисним позначенням, яке швидко описує тип атома, є таке: символ елемента та відповідні атомні та масові числа записуються, як показано нижче на цій схемі:

Малюнок 3. Позначення Атома. Джерело: Ф. Сапата.

У цьому позначенні атоми в попередніх прикладах будуть:

Іноді використовується інша більш зручна позначення, в якій для позначення атома використовуються лише символ елемента і масове число, опускаючи атомне число. Таким чином, ¹² ₆ C записується просто так, як вуглець-12, ¹⁶ ₈ O буде киснем-16, і так далі для будь-якого елемента.

Ізотопи

Кількість протонів у ядрі визначає природу елемента. Наприклад, кожен атом, ядро ​​якого містить 29 протонів, є атомом міді, незважаючи ні на що.

Припустимо, атом міді з будь-якої причини втрачає електрон, це все-таки мідь. Однак зараз це іонізований атом.

Атомному ядру складніше здобути або втратити протон, але в природі це може відбутися. Наприклад, всередині зірок важкі елементи постійно утворюються з легких елементів, оскільки зоряне ядро ​​поводиться як реактор синтезу.

І ось тут, на Землі, відбувається явище радіоактивного розпаду, при якому деякі нестабільні атоми витісняють нуклони і випромінюють енергію, перетворюючись на інші елементи.

Нарешті, існує можливість, що атом певного елемента має інше масове число, в цьому випадку це ізотоп.

Хорошим прикладом є добре відомий вуглець-14 або радіовуглець, який використовується для датування археологічних об’єктів і як біохімічний обшук. Це той самий вуглець, з однаковими хімічними властивостями, але з двома зайвими нейтронами.

Вуглець-14 менш рясний, ніж вуглець-12, стабільний ізотоп, він також радіоактивний. Це означає, що з часом він розпадається, випромінюючи енергію і частинки, поки не стане стійким елементом, що в його випадку є азотом.

Ізотопи вуглецю

Вуглець існує в природі як суміш декількох ізотопів, найбільш рясним з яких є згаданий вище ¹² ₆ С або вуглець-12. А крім вуглецю-14 є ¹³ ₆ С з додатковим нейтроном.

Це поширене в природі, наприклад, олово відоме 10 стабільних ізотопів. На відміну від берилію та натрію відомий лише один ізотоп.

Кожен ізотоп, природний чи штучний, має різну швидкість трансформації. Таким же чином можна створити штучні ізотопи в лабораторії, які, як правило, нестабільно і радіоактивно розпадаються за дуже короткий проміжок часу секунди, а інші займають набагато більше часу, доки вік Землі чи довше.

Таблиця природних ізотопів вуглецю

Ізотопи вуглецю	Атомне число Z	Масове число А	%
12 6 С	6	12	98,89
13 6 С	6	13	1.11
14 6 С	6	14	Сліди

Опрацьовані приклади

- Приклад 1

Яка різниця між ¹³ ₇ N і ¹⁴ ₇ N?

Відповісти

Обидва є атомами азоту, оскільки їх атомна кількість дорівнює 7. Однак один із ізотопів, той, що має А = 13, має один менш нейтрон, тоді як ¹⁴ ₇ N - найпоширеніший ізотоп.

- Приклад 2

Скільки нейтронів є в ядрі атома ртуті, позначеного як ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Відповісти

Оскільки A = 201 і Z = 80, а також знаючи, що:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

І робиться висновок, що в атомі ртуті є 121 нейтрон.

Список літератури

1. Коннор, Н. Що таке нуклеон - структура атомного ядра - визначення. Відновлено з: periodic-table.org.
2. Найт, Р. 2017. Фізика для вчених та інженерія: стратегічний підхід. Пірсон.
3. Сірс, Земанський. 2016. Університетська фізика із сучасною фізикою. 14-а. Видання 2 том.
4. Тіппенс, П. 2011. Фізика: поняття та програми. 7-е видання. McGraw Hill.
5. Вікіпедія. Масова кількість. Відновлено з: en.wikipedia.org.