stringtranslate.com

Массовое число

Массовое число (символ A , от немецкого слова: Atomgewicht , «атомный вес»), [1] также называемое атомным массовым числом или числом нуклонов , 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 , или12
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
6С
. [3]

Изменение массового числа при радиоактивном 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
2Он2+
): [4]

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:

Бета-распад возможен потому, что разные изобары [6] имеют разницу в массах 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

Массовое число дает оценку изотопной массы , измеряемой в атомных единицах массы (u). Для 12 C изотопная масса равна ровно 12, поскольку единица атомной массы определяется как 1/12 массы 12 C. Для других изотопов изотопная масса 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] который для 35 Cl равен –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 ).

Причин избытка массы две:

  1. Нейтрон немного тяжелее протона. Это увеличивает массу ядер с большим количеством нейтронов, чем протонов, по сравнению со шкалой единиц атомной массы, основанной на 12 C с равным количеством протонов и нейтронов.
  2. Энергия ядерной связи варьируется между ядрами. Ядро с большей энергией связи имеет меньшую полную энергию и, следовательно, меньшую массу в соответствии с соотношением эквивалентности массы и энергии Эйнштейна E = mc 2 . Для 35 Cl изотопная масса меньше 35, поэтому это должно быть доминирующим фактором.

Относительная атомная масса элемента

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, будет примерно 75% атомов хлора, которые представляют собой хлор-35, и только 25% атомов хлора, которые 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 Br и 81 Br, присутствующих в природе примерно в равных долях, что приводит к тому, что стандартная атомная масса брома близка к 80 (79,904 г/моль), [10] хотя изотоп 80 Br с такой массой нестабилен.

Рекомендации

  1. ^ Дженсен, Уильям Б. (2005). Происхождение символов A и Z для атомного веса и числа. Дж. Хим. Образование. 82: 1764. ссылка.
  2. ^ «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.
  3. ^ «Элементарные обозначения и изотопы». Научная помощь онлайн. Архивировано из оригинала 13 сентября 2008 г. Проверено 27 августа 2008 г.
  4. ^ Сухоцкий, Джон. Концептуальная химия , 2007. Страница 119.
  5. ^ Карран, Грег (2004). Помощники по домашнему заданию . Карьера Пресс. стр. 78–79. ISBN 1-56414-721-5.
  6. ^ Атомы с одинаковым массовым числом.
  7. ^ 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.
  8. ^ «Избыток массы, Δ». Сборник химической терминологии ИЮПАК . 2014. doi : 10.1351/goldbook.M03719 .
  9. ^ «Относительная атомная масса (Атомный вес), А р ». Сборник химической терминологии ИЮПАК . 2014. doi : 10.1351/goldbook.R05258 .
  10. ^ «Атомный вес и изотопный состав всех элементов». НИСТ.

дальнейшее чтение