Массовое число
| Ядерная физика |
|---|
 |
Массовое число (символ А , от немецкого слова: Atomgewicht , «атомный вес»), [1] также называемое атомным массовым числом или нуклонным числом , представляет собой общее количество протонов и нейтронов (вместе известных как нуклоны ) в атомном ядре . Она приблизительно равна атомной (также известной как изотопной ) массе атома , выраженной в атомных единицах массы . Поскольку и протоны, и нейтроны являются барионами , массовое число A идентично барионному числу B ядра (а также всего атома или иона ). Массовое число различно для каждого изотопа данного химического элемента а разница между массовым числом и атомным номером Z дает количество нейтронов ( N ) в ядре: N = A − Z. , [2]
Массовое число записывается либо после имени элемента, либо в виде верхнего индекса слева от символа элемента. Например, наиболее распространенным изотопом углерода является углерод-12 , или 12
С
, который имеет 6 протонов и 6 нейтронов. Полный символ изотопа также будет иметь атомный номер ( Z ) в качестве нижнего индекса слева от символа элемента непосредственно под массовым числом: 12
6 С
. [3]
массового числа при радиоактивном Изменение распаде
Различные типы радиоактивного распада характеризуются изменением массового числа, а также атомного номера в соответствии с законом радиоактивного смещения Фаянса и Содди .
Например, уран-238 обычно распадается путем альфа-распада , при котором ядро теряет два нейтрона и два протона в виде альфа-частицы . Таким образом, атомный номер и количество нейтронов уменьшаются на 2 ( Z : 92 → 90, N : 146 → 144), так что массовое число уменьшается на 4 ( A = 238 → 234); в результате получается атом тория-234 и альфа-частица ( 4
2 Он 2+
): [4]
238
9292У
→ 234
90 тыс.
+ 4
2 Он 2+
С другой стороны, углерод-14 распадается путем бета-распада , при котором один нейтрон превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино . При этом атомный номер увеличивается на 1 ( Z : 6 → 7), а массовое число остаётся прежним ( A = 14), а число нейтронов уменьшается на 1 ( N : 8 → 7). [5] В результате получается атом азота-14 с семью протонами и семью нейтронами:
14
6 С
→ 14
7 Н
+
Это −
+
н
Это
Бета-распад возможен, потому что разные изобары [6] имеют разницу масс порядка нескольких масс электронов . Если возможно, нуклид подвергнется бета-распаду на соседнюю изобару с меньшей массой. В отсутствие других мод распада каскад бета-распадов завершается на изобаре с наименьшей атомной массой .
Другой тип радиоактивного распада без изменения массового числа — испускание гамма-квантов из ядерного изомера или метастабильного возбужденного состояния атомного ядра. Поскольку все протоны и нейтроны при этом процессе остаются в ядре неизмененными, массовое число также не меняется.
Массовое число и изотопная масса [ править ]
Массовое число дает оценку изотопной массы , измеряемой в атомных единицах массы (u). Для 12 C изотопная масса равна ровно 12, поскольку атомная единица массы определяется как 1/12 массы 12 C. Для других изотопов масса изотопа обычно находится в пределах 0,1 u от массового числа. Например, 35 Cl (17 протонов и 18 нейтронов) имеет массовое число 35 и изотопную массу 34,96885. [7] Разница фактической изотопной массы минус массовое число атома известна как избыток массы . [8] для чего 35 Cl составляет –0,03115. Избыток массы не следует путать с дефектом массы , который представляет собой разницу между массой атома и составляющих его частиц (а именно протонов , нейтронов и электронов ).
Есть две причины массовости избыток:
- Нейтрон немного тяжелее протона. Это увеличивает массу ядер с большим количеством нейтронов, чем протонов, по отношению к шкале единиц атомной массы, основанной на 12 C с равным числом протонов и нейтронов.
- ядерной Энергия связи варьируется между ядрами. Эйнштейна эквивалентности массы и энергии Ядро с большей энергией связи имеет меньшую полную энергию и, следовательно, меньшую массу в соответствии с соотношением E = mc. 2 . Для 35 Cl, изотопная масса меньше 35, поэтому это должно быть доминирующим фактором.
Относительная атомная масса элемента [ править ]
Массовое число также не следует путать со стандартным атомным весом (также называемым атомным весом ) элемента, который представляет собой отношение средней атомной массы различных изотопов этого элемента (взвешенной по распространенности) к константе атомной массы . [9] Атомный вес — это отношение масс , а массовое число — это счетное число (и, следовательно, целое число).
Это средневзвешенное значение может сильно отличаться от почти целых значений масс отдельных изотопов. Например, существует два основных изотопа хлора : хлор-35 и хлор-37. В любом образце хлора, который не подвергался массовому разделению, примерно 75% атомов хлора представляют собой хлор-35, и только 25% атомов хлора представляют собой хлор-37. Это дает хлору относительную атомную массу 35,5 (фактически 35,4527 г/ моль ).
При этом средневзвешенная масса может быть близкой к целой, но при этом не соответствовать массе какого-либо природного изотопа. Например, бром имеет только два стабильных изотопа: 79 Бр и 81 Br, в природе присутствующий примерно в равных долях, что приводит к стандартной атомной массе брома, близкой к 80 (79,904 г/моль), [10] хотя изотоп 80 Br с такой массой нестабилен.
Ссылки [ править ]
- ^ Дженсен, Уильям Б. (2005). Происхождение символов A и Z для атомного веса и числа. Дж. Хим. Образование. 82: 1764. ссылка .
- ^ «Сколько протонов, электронов и нейтронов содержится в атоме криптона, углерода, кислорода, неона, серебра, золота и т. д.?» . Национальный ускорительный комплекс Томаса Джефферсона . Проверено 27 августа 2008 г.
- ^ «Элементарная запись и изотопы» . Научная помощь онлайн. Архивировано из оригинала 13 сентября 2008 г. Проверено 27 августа 2008 г.
- ^ Сухоцкий, Джон. Концептуальная химия , 2007. Страница 119.
- ^ Карран, Грег (2004). Помощники по домашнему заданию . Карьера Пресс. стр. 78–79 . ISBN 1-56414-721-5 .
- ^ Атомы с одинаковым массовым числом.
- ^ Ван, М.; Ауди, Г.; Кондев, ФГ; Хуанг, WJ; Наими, С.; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030003-1–030003-442. дои : 10.1088/1674-1137/41/3/030003 .
- ^ «Избыток массы, Δ». Сборник химической терминологии ИЮПАК . 2014. doi : 10.1351/goldbook.M03719 .
- ^ «Относительная атомная масса (Атомный вес), А р ». Сборник химической терминологии ИЮПАК . 2014. doi : 10.1351/goldbook.R05258 .
- ^ «Атомный вес и изотопный состав всех элементов» . НИСТ.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Епископ, Марк. «Строение вещества и химических элементов (гл. 3)» . Введение в химию . Хиральное издательство. п. 93. ИСБН 978-0-9778105-4-3 . Проверено 8 июля 2008 г.