| Ядерная физика |
|---|
 |
| Ядро · Нуклоны ( p , n ) · Ядерная материя · Ядерная сила · Ядерная структура · Ядерная реакция |
Массовое число (символ , от немецкого слова Atomgewicht [атомная масса]), [1] также называемый номер атомная масса или количество нуклонное , это общее число протонов и нейтронов (вместе известны как нуклонов ) в атомном ядре . Это приблизительно равно атомный (также известные как изотопные ) массы от атома , выраженного в атомных единицах массы . Поскольку протоны и нейтроны являются барионами , массовое число Aсовпадает с барионным числом B ядра (а также всего атома или иона ). Массовое число отличается для каждого отдельного изотопа в виде химического элемента . Следовательно, разница между массовым числом и атомным номером Z дает число нейтронов ( N ) в данном ядре: N = - Z . [2]
Массовое число пишется либо после имени элемента, либо в виде надстрочного индекса слева от символа элемента. Например, наиболее распространенным изотопом углерода является углерод-12 или12
C
, который имеет 6 протонов и 6 нейтронов. Символ полного изотопа также будет иметь атомный номер ( Z ) в качестве нижнего индекса слева от символа элемента непосредственно под массовым числом:12
6C
. [3]
Изменение массового числа при радиоактивном распаде [ править ]
Различные типы радиоактивного распада характеризуются изменениями их массового числа, а также атомного номера , в соответствии с законом радиоактивного смещения Фаянса и Содди . Например, уран-238 обычно распадается в результате альфа-распада , при котором ядро теряет два нейтрона и два протона в виде альфа-частицы . Таким образом, атомный номер и количество нейтронов уменьшаются каждое 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]
238
92U
→ 234
90Чт
+ 4
2Он2+
С другой стороны, углерод-14 распадается в результате бета-распада , в результате чего один нейтрон превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино . Таким образом, атомный номер увеличивается на 1 ( Z : 6 → 7), а массовое число остается прежним ( A = 14), а количество нейтронов уменьшается на 1 ( N : 8 → 7). [5] В результате получается атом азота-14 с семью протонами и семью нейтронами:
14
6C
→ 14
7N
+
е-
+
ν
е
Бета-распад возможен, потому что разные изобары [6] имеют разность масс порядка нескольких масс электрона . Если возможно, нуклид подвергнется бета-распаду на соседнюю изобару с меньшей массой. В отсутствие других мод распада каскад бета-распадов заканчивается на изобаре с наименьшей атомной массой .
Другой тип радиоактивного распада без изменения массового числа - это излучение гамма-излучения из ядерного изомера или метастабильного возбужденного состояния атомного ядра. Поскольку все протоны и нейтроны остаются в ядре неизменными в этом процессе, массовое число также не изменяется.
Массовое число и изотопная масса [ править ]
Массовое число дает оценку изотопной массы, измеренной в атомных единицах массы (u). Для 12 C изотопная масса равна точно 12, поскольку атомная единица массы определяется как 1/12 от 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] Отличие фактической массы изотопа минус массового числа атома известно как избыток массы , [8] , который в течение 35 Cl является -0,03115. Избыток массы не следует путать с дефектом массы.которая представляет собой разницу между массой атома и составляющих его частиц (а именно протонов , нейтронов и электронов ).
Причин избытка массы две:
- Нейтрон немного тяжелее протона. Это увеличивает массу ядер с большим количеством нейтронов, чем протонов, относительно шкалы атомных единиц массы, основанной на 12 C с равным количеством протонов и нейтронов.
- Ядерная энергия связи изменяется между ядрами. Ядро с большей энергией связи имеет более низкую суммарную энергию, и , следовательно , более низкую массу в соответствии с Эйнштейна эквивалентности массы и энергии соотношением Е = тс 2 . Для 35 Cl изотопная масса меньше 35, поэтому это должен быть доминирующий фактор.
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 (взвешенных по содержанию) к единой атомной единице массы. . [9] Атомный вес - это фактическая масса (сделанная относительной, то есть как отношение), а массовое число - это подсчитываемое число (и, следовательно, целое).
Это средневзвешенное значение может сильно отличаться от почти целых значений для индивидуальных изотопных масс. Например, есть два основных изотопа хлора : хлор-35 и хлор-37. В любом конкретном образце хлора, который не подвергался массовому разделению, будет примерно 75% атомов хлора, которые являются хлором-35, и только 25% атомов хлора, которые являются хлор-37. Это дает хлору относительную атомную массу 35,5 (фактически 35,4527 г / моль ).
Причем средневзвешенная масса может быть почти целой, но в то же время не соответствовать массе какого-либо природного изотопа. Например, у брома есть только два стабильных изотопа, 79 Br и 81 Br, которые естественно присутствуют примерно в равных долях, что приводит к стандартной атомной массе брома, близкой к 80 (79,904 г / моль), [10] даже если изотоп 80 Br с такой массой нестабилен.
Ссылки [ править ]
- ^ Дженсен, Уильям Б. (2005). Происхождение символов A и Z для атомного веса и числа. J. Chem. Educ. 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 .
- ^ "Элементарные обозначения и изотопы" . Онлайн-справка по науке. Архивировано из оригинала на 2008-09-13 . Проверено 27 августа 2008 .
- ^ Suchocki, Джон. Концептуальная химия , 2007. Стр. 119.
- Перейти ↑ Curran, Greg (2004). Помощники по домашнему заданию . Карьера Пресса. С. 78–79 . ISBN 1-56414-721-5.
- ^ Атомы с одинаковым массовым числом.
- ^ Ван, М .; Audi, G .; Кондев Ф.Г .; Хуанг, WJ; Naimi, S .; Сюй, X. (2017). «Оценка атомной массы AME2016 (II). Таблицы, графики и ссылки» (PDF) . Китайская физика C . 41 (3): 030003-1–030003-442. DOI : 10.1088 / 1674-1137 / 41/3/030003 .
- ^ "избыток массы, Δ" . Международный союз теоретической и прикладной химии . Проверено 13 января 2021 .
- ^ "Определение относительной атомной массы ИЮПАК" . Международный союз теоретической и прикладной химии . Проверено 13 января 2021 .
- ^ «Атомные веса и изотопные составы для всех элементов» . NIST.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Епископ, Марк. «Строение вещества и химические элементы (гл. 3)» . Введение в химию . Киральное издательство. п. 93. ISBN 978-0-9778105-4-3. Проверено 8 июля 2008 .
