МАССОВОЕ ЧИСЛО: ЧТО ЭТО ТАКОЕ И КАК ПОЛУЧИТЬ (С ПРИМЕРАМИ) - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Массовое число или массовое число атома является суммой числа протонов и числа нейтронов в ядре. Эти частицы обозначаются взаимозаменяемо с названием нуклонов, поэтому массовое число представляет их количество.

Пусть N - количество присутствующих нейтронов, а Z - количество протонов, если мы назовем A массовым числом, тогда:

А = N + Z

Рисунок 1. Радиус имеет массовое число A = 226, распадается на радон с A = 222 и испускает ядро ​​гелия с A = 4. Источник: Wikimedia Commons. PerOX

Примеры массовых чисел

Вот несколько примеров массовых чисел для хорошо известных элементов:

водород

Самый стабильный и многочисленный атом водорода также самый простой: 1 протон и один электрон. Поскольку ядро ​​водорода не имеет нейтронов, верно, что A = Z = 1.

кислород

В ядре кислорода 8 нейтронов и 8 протонов, поэтому A = 16.

углерод

Жизнь на Земле основана на химии углерода, легкого атома с 6 протонами в ядре плюс 6 нейтронов, поэтому A = 6 + 6 = 12.

Уран

Этот элемент, намного тяжелее предыдущих, хорошо известен своими радиоактивными свойствами. В ядре урана 92 протона и 146 нейтронов. Тогда его массовое число A = 92 + 146 = 238.

Как получить массовое число?

Как упоминалось ранее, массовое число A элемента всегда соответствует сумме числа протонов и числа нейтронов, содержащихся в его ядре. Это тоже целое число, но … есть ли какое-нибудь правило относительно соотношения между двумя величинами?

Посмотрим: все перечисленные элементы легкие, кроме урана. Атом водорода, как мы уже сказали, самый простой. В нем нет нейтронов, по крайней мере, в его наиболее распространенной версии, а в кислороде и углероде есть равное количество протонов и нейтронов.

То же самое происходит и с другими легкими элементами, такими как азот, еще один очень важный для жизни газ, который имеет 7 протонов и 7 нейтронов. Однако по мере того, как ядро ​​становится более сложным, а атомы становятся тяжелее, количество нейтронов увеличивается с другой скоростью.

В отличие от легких элементов, уран с 92 протонами имеет примерно в 1 ½ раза больше нейтронов: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Как видите, это довольно близко к 146 - количеству нейтронов, которое он имеет.

Рисунок 2. Кривая устойчивости. Источник: Ф. Сапата.

Все это очевидно на кривой на рисунке 2. Это график зависимости N от Z, известный как кривая ядерной стабильности. Там вы можете увидеть, как легкие атомы имеют такое же количество протонов, что и нейтроны, и как с Z = 20 количество нейтронов увеличивается.

Таким образом, большой атом становится более стабильным, так как избыток нейтронов уменьшает электростатическое отталкивание между протонами.

Обозначения для атомов

Очень полезная запись, которая быстро описывает тип атома, следующая: символ элемента и соответствующие атомные и массовые числа записываются, как показано ниже на этой диаграмме:

Рисунок 3. Обозначение атома. Источник: Ф. Сапата.

В этих обозначениях атомы в предыдущих примерах будут:

Иногда используются другие более удобные обозначения, в которых для обозначения атома используются только символ элемента и массовое число, без атомного номера. Таким образом, ¹² ₆ C записывается просто как углерод-12, ¹⁶ ₈ O будет кислород-16 и так далее для любого элемента.

Изотопы

Число протонов в ядре определяет природу элемента. Например, каждый атом, ядро ​​которого содержит 29 протонов, является атомом меди, несмотря ни на что.

Предположим, атом меди по какой-то причине теряет электрон, это все равно медь. Однако теперь это ионизированный атом.

Атомному ядру сложнее получить или потерять протон, но в природе это может происходить. Например, внутри звезд более тяжелые элементы непрерывно образуются из легких элементов, поскольку звездное ядро ​​ведет себя как термоядерный реактор.

И прямо здесь, на Земле, происходит явление радиоактивного распада, при котором некоторые нестабильные атомы изгоняют нуклоны и испускают энергию, превращаясь в другие элементы.

Наконец, существует вероятность того, что атом определенного элемента имеет другое массовое число, в данном случае это изотоп.

Хорошим примером является хорошо известный углерод-14 или радиоуглерод, который используется для датировки археологических объектов и в качестве биохимического индикатора. Это тот же углерод с идентичными химическими свойствами, но с двумя дополнительными нейтронами.

Углерод-14 менее распространен, чем углерод-12, стабильный изотоп, а также является радиоактивным. Это означает, что со временем он распадается, выделяя энергию и частицы, пока не станет стабильным элементом, которым в данном случае является азот.

Изотопы углерода

Углерод существует в природе как смесь нескольких изотопов, наиболее распространенным из которых является вышеупомянутый ¹² ₆ C или углерод-12. И помимо углерода-14 есть ¹³ ₆ C с дополнительным нейтроном.

Это обычное явление в природе, например, известно 10 стабильных изотопов олова. Напротив, из бериллия и натрия известен только один изотоп.

Каждый изотоп, природный или искусственный, имеет разную скорость превращения. Таким же образом можно создавать искусственные изотопы в лаборатории, которые, как правило, нестабильны и радиоактивно распадаются за очень короткий период долей секунды, в то время как для других требуется гораздо больше времени, равное возрасту Земли или дольше.

Таблица природных изотопов углерода

Изотопы углерода	Атомный номер Z	Массовое число A	Изобилие%
12 6 С	6	12	98,89
13 6 С	6	13	1,11
14 6 С	6	14	Следы

Примеры работы

- Пример 1

В чем разница между ¹³ ₇ Н и ¹⁴ ₇ Н?

Ответить

Оба являются атомами азота, так как их атомный номер равен 7. Однако один из изотопов с A = 13 имеет на один нейтрон меньше, а ¹⁴ ₇ N является наиболее распространенным изотопом.

- Пример 2

Сколько нейтронов находится в ядре атома ртути, обозначенного как ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Ответить

Поскольку A = 201 и Z = 80, а также зная, что:

А = Z + N

N = А - Я = 201 - 80 = 121

И делается вывод, что в атоме ртути 121 нейтрон.

Ссылки

1. Коннор, Н. Что такое нуклон - Структура атомного ядра - Определение. Получено с: period-table.org.
2. Найт, р. 2017. Физика для ученых и инженерии: стратегический подход. Пирсон.
3. Сирс, Земанский. 2016. Университетская физика с современной физикой. 14 числа. Ред. Том 2.
4. Типпенс, П. 2011. Физика: концепции и приложения. 7-е издание. Макгроу Хилл.
5. Wikipedia. Массовое число. Получено с: en.wikipedia.org.