Что такое массовое число как его найти

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 9 ноября 2019 года; проверки требуют 4 правки.

Ма́ссовое число́ атомного ядра — суммарное количество протонов и нейтронов (называемых общим термином «нуклоны») в ядре. Обычно обозначается буквой A. Массовое число близко к атомной массе изотопа, выраженной в атомных единицах массы, но совпадает с ней только для углерода-12, поскольку атомная единица массы (а. е. м.) определяется сейчас как ¹⁄₁₂ массы атома ¹²С. Во всех остальных случаях атомная масса не является целым числом, в отличие от массового числа. Так, массовое число изотопа хлора ³⁵Cl равно 35, а его атомная масса составляет 34,96885 а.е.м.

Массовое число в обозначении конкретного нуклида (вида атомных ядер) пишется верхним левым индексом, например ²³²Th. Нуклиды с одинаковым массовым числом называются изобарами (например, изобарами являются нуклиды ¹⁴C и ¹⁴N).

Знание массового числа позволяет оценить массу ядра и атома. Если известно массовое число, то масса М атома и его ядра оценивается из следующего соотношения М ≈ А·m_N, где m_N ≈ 1,67·10⁻²⁷ кг — масса нуклона, то есть протона или нейтрона. Например, в состав атома алюминия-27 и его ядра входит 27 нуклонов (13 протонов и 14 нейтронов). Его масса примерно равна 27·1,67·10⁻²⁷ кг ≈ 4,5·10⁻²⁶ кг. Если необходимо получить массу ядра с большей точностью, то нужно учесть, что нуклоны в ядре связаны силами ядерного притяжения, и поэтому в соответствии с соотношением E = mc² масса ядра уменьшается. В массу атома также следует добавить суммарную массу электронов на орбитах вокруг ядра. Однако все эти поправки не превышают 1 %^[1].

Массовое число совпадает с барионным числом ядра. Барионное число сохраняется во всех известных процессах, поэтому любые радиоактивные распады и ядерные реакции не приводят к изменению суммы массовых чисел ядер в левой и правой части реакции. Например, при альфа-распаде урана-238

в левой части массовое число начального ядра равно 238, в правой части реакции — два ядра с массовыми числами 234 и 4, что в сумме даёт 238. С учётом того, что массовое число альфа-частицы (ядра гелия-4) равно 4, альфа-распад снижает массовое число распадающегося ядра на 4 единицы. Любые типы бета-распада (бета-минус-распад, позитронный распад, электронный захват, все типы двойного бета-распада) не изменяют массовое число, поскольку в этом процессе происходит лишь превращение некоторых нуклонов ядра из одного вида в другой (протонов в нейтроны или обратно). Изомерный переход также не изменяет массовое число ядра.

Примечания[править | править код]

If you have a given mass of a compound, you can calculate the number of moles. Conversely, if you know how many moles of the compound you have, you can calculate its mass. For either calculation, you need to know two things: the chemical formula of the compound and the mass numbers of the elements that comprise it. An element’s mass number is unique to that element, and it’s listed right underneath the element’s symbol in the periodic table. The mass number of an element is not the same as its atomic number.

Atomic Number and Atomic Mass Number

Every element is characterized by a unique number of positively charged protons in its nucleus. For example, hydrogen has one proton, and oxygen has eight. The periodic table is an arrangement of the elements according to increasing atomic number. The first entry is hydrogen, the eighth is oxygen and so on. The place an element occupies in the periodic table is an immediate indication of its atomic number, or the number of protons in its nucleus.

Besides protons, the nuclei of most elements also contains neutrons. These fundamental particles don’t have a charge, but they have roughly the same mass as protons, so they must be included in the atomic mass. The atomic mass number is the sum of all protons and neutrons in the nucleus. The hydrogen atom may contain a neutron, but it usually doesn’t, so the mass number of hydrogen is 1. Oxygen, on the other hand, has an equal number of proteins and neutrons, which raises its mass number to 16. Subtracting an element’s mass number from its atomic mass tells you the number of protons in its nucleus.

Finding the Mass Number

The best place to look for an element’s atomic mass number is in the periodic table. It’s displayed under the symbol for the element. You might be mystified by the fact that in many versions of the periodic table, this number contains a decimal fraction, which you wouldn’t expect if it was derived simply by adding protons and neutrons.

The reason for this is that the number displayed is the relative atomic weight, which is derived from all the naturally occurring isotopes of the element weighted by the percentage of each that occurs. Isotopes are formed when the number of neutrons in an element is more or less than the number of protons. Some of these isotopes, such as carbon-13, are stable, but some are unstable and decay over time to a more stable state. Such isotopes, such as carbon-14, are radioactive.

Virtually all elements have more than one isotope, so each has an atomic mass that contains a decimal fraction. For example, the atomic mass of hydrogen listed in the periodic table is 1.008, that for carbon is 12.011 and that for oxygen is 15.99. Uranium, with an atomic number of 92, has three naturally occurring isotopes. Its atomic mass is 238.029. In practice, scientists usually round mass number to the nearest integer.

Units for Mass

The units for atomic mass have been refined over the years, and today scientists use the unified atomic mass unit (amu, or simply u). It is defined to be equal to exactly one-twelfth the mass of an unbound carbon-12 atom. By definition, the mass of one mole of an element, or Avogadro’s number (6.02 x 10²³) of atoms, is equal to its atomic mass in grams. In other words, 1 amu = 1 gram/mole. So if the mass of one hydrogen atom is 1 amu, the mass of one mole of hydrogen is 1 gram. The mass of one mole of carbon is therefore 12 grams, and that of uranium is 238 grams.

Содержание

• Примеры массовых чисел
• Водород
• Кислород
• Углерод
• Уран
• Как получить массовое число?
• Обозначения для атомов
• Изотопы
• Изотопы углерода
• Таблица природных изотопов углерода
• Примеры работы
• – Пример 1
• Ответить
• – Пример 2
• Ответить
• Ссылки 

В массовое число Массовое число атома – это сумма количества протонов и количества нейтронов в ядре. Эти частицы взаимозаменяемо обозначаются именем нуклоны, 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

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.

Все это становится очевидным на кривой на рисунке 2. Это график зависимости N от Z, известный каккривая ядерной устойчивости. 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:

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 ₆C просто записывается как углерод-12, ¹⁶ ₈Или 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, есть феномен радиоактивный распад, в котором некоторые нестабильные атомы изгоняют нуклоны и излучают энергию, превращаясь в другие элементы.

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

Хороший пример – всем известный углерод-14 или радиоуглерод, который используется для датировки археологических объектов и как биохимический индикатор. Это тот же углерод с идентичными химическими свойствами, но с двумя дополнительными нейтронами.

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

Изотопы углерода

Углерод существует в природе как смесь нескольких изотопов, наиболее распространенными из которых являются уже упомянутые ¹²₆С или углерод-12. А кроме углерода-14 есть ¹³₆C с дополнительным нейтроном.

Это обычное явление в природе, например, известно 10 стабильных изотопов олова. С другой стороны, 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 больше.

Таблица природных изотопов углерода

Изотопы углерода	Атомный номер Z	Массовое число A	Изобилие%
12 6 C	6	12	98.89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	Следы

Примеры работы

– Пример 1

В чем разница между¹³₇ N и ¹⁴₇ N?

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 ¹⁴₇ N – самый распространенный изотоп.

– Пример 2

Сколько нейтронов находится в ядре атома ртути, обозначаемого как ²⁰¹₈₀ 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-го. Ред. Том 2.
4. Типпенс, П. 2011. Физика: концепции и приложения. 7-е издание. Макгроу Хилл.
5. Википедия. Массовое число. Получено с: en.wikipedia.org.

Что такое массовое число атомного ядра? Массовое число численно равно сумме нейтронов и протонов ядра. Его обозначают буквой А. Понятие “массовое число” появилось в связи с тем, что масса ядра обусловлена числом ядерных частиц. Как связаны между собой масса ядра и количество частиц? Давайте выяснять.

Строение атома

Любой атом состоит из ядра и электронов. Кроме атома водорода, так как он имеет всего один электрон. Ядро заряжено положительно. Отрицательный заряд несут электроны. Заряд каждого электрона принят за -1. Атом в целом электронейтрален, то есть не имеет заряда. Это значит, что количество частиц, несущих отрицательный заряд, то есть электронов, равно положительному заряду ядра. Например, в атоме кислорода заряд ядра +8 и электронов 8, в атоме кальция заряд ядра +20, электронов 20.

Строение ядра

Ядро состоит из двух видов частиц – протонов и нейтронов. Протоны заряжены положительно, нейтроны не имеют заряда. Таким образом, заряд ядру дают протоны. Заряд каждого протона принят за +1. То есть, сколько протонов содержится в ядре, такой и будет заряд всего ядра. К примеру, в ядре углерода 6 протонов, заряд ядра +6.

В периодической системе элементов Менделеева все элементы расположены в порядке увеличения именно заряда ядра. У водорода заряд ядра +1, он расположен первым; у гелия +2, он второй в таблице; у лития +3, он третий и так далее. То есть заряд ядра соответствует порядковому (атомному) номеру элемента в таблице.

В целом любой атом электронейтрален. Это значит, что количество электронов равно заряду ядра, то есть количеству протонов. А поскольку количество протонов определяет атомный номер элемента, то зная этот атомный номер, мы, таким образом, знаем и количество электронов, и количество протонов, и заряд ядра.

Масса атома

Масса атома (М) определяется массой составных частей, то есть электронов и ядра. Электроны очень легкие по сравнению с ядром и почти не вносят вклада в массу всего атома. То есть масса атома обусловлена массой ядра. Что такое массовое число? Масса ядра определяется числом частиц, входящих в его состав, – протонов и нейтронов. Таким образом, массовое число – это масса ядра, выраженная не в единицах измерения массы (граммы), а в количестве частиц. Конечно, абсолютная масса ядер (m), выраженная в граммах, известна. Но это очень маленькие числа, выражаемые в отрицательных степенях. Например, масса атома углерода m_(C) = 1,99 ∙ 10^-23 г. Пользоваться такими числами неудобно. И если нет необходимости в абсолютных значениях массы, а нужно просто сравнить массы элементов или частиц, то пользуются относительными массами атомов (A_r), выраженными в а.е.м. Относительная масса атома указана в таблице Менделеева, например, у азота 14,007. Относительная масса атома, округленная до целого числа, и есть массовое число ядра элемента (A). Массовые числа такие, что ими удобно пользоваться – это всегда целые числа: 1, 2, 3 и так далее. Например, у азота – 14, у углерода – 12. Их записывают верхним левым индексом, к примеру, ¹⁴N или ¹²C.

Когда нужно знать массовое число?

Зная массовое число (A) и атомный номер элемента в периодической системе (Z), можно определить число нейтронов. Для этого нужно вычесть из массового числа протоны.

Зная массовое число, можно вычислить массу ядра или всего атома. Поскольку масса ядра обусловлена массой частиц, входящих в его состав, то она равна произведению количества этих частиц и массы этих частиц, то есть произведению массы нейтрона и массового числа. Масса нейтрона равна массе протона, в целом их обозначают как масса нуклона (ядерная частица).

M=A∙m_N

К примеру, рассчитаем массу атома алюминия. Как видно из периодической системы элементов Менделеева, относительная атомная масса алюминия равна 26,992. Округлив, получаем массовое число ядра алюминия 27. То есть его ядро состоит из 27 частиц. Масса одной частицы – постоянная величина, равная 1,67 ∙ 10^-24 г. Тогда, масса ядра алюминия равна: 27 ∙ 1,67 ∙ 10^-24 г = 4,5 ∙ 10^-23 г.

Что такое массовое число ядер элементов нужно знать при составлении реакций радиоактивного распада или ядерных реакций. Например, при делении ядра урана ²³⁵U, захватившего один нейтрон ¹n, образуются ядра бария ¹⁴¹Ba и криптона ⁹²Kr, а также три свободных нейтрона ¹n. При составлении таких реакций пользуются правилом: сумма массовых чисел в правой и левой частях уравнения не меняется. 235+1 = 92+141+3.