HMOTNOSTNÉ ČÍSLO: ČO TO JE A AKO HO ZÍSKAŤ (S PRÍKLADMI) - FYZICKÝ - 2025

Hmotnostné číslo alebo hmotnostné číslo atómu je súčet počtu protónov a počet neutrónov v jadre. Tieto častice sú vzájomne zameniteľné s názvom nukleónov, preto ich hmotnostné číslo predstavuje ich množstvo.

Nech N je počet prítomných neutrónov a Z počet protónov, ak nazývame A ako hmotnostné číslo, potom:

A = N + Z

Obrázok 1. Polomer má hmotnostné číslo A = 226, rozpadá sa na radón s A = 222 a emituje jadro hélia A = 4. Zdroj: Wikimedia Commons. peroxi

Príklady čísel hmotnosti

Tu je niekoľko príkladov hromadných čísel pre dobre známe prvky:

vodík

Najstabilnejší a najbohatší atóm vodíka je tiež najjednoduchší: 1 protón a jeden elektrón. Pretože atóm vodíka nemá neutróny, je pravda, že A = Z = 1.

kyslík

Kyslíkové jadro má 8 neutrónov a 8 protónov, a preto A = 16.

uhlík

Život na Zemi je založený na chémii uhlíka, ľahkého atómu so 6 protónmi v jadre plus 6 neutrónov, takže A = 6 + 6 = 12.

urán

Tento prvok, oveľa ťažší ako predchádzajúci, je dobre známy pre svoje rádioaktívne vlastnosti. Jadro uránu má 92 protónov a 146 neutrónov. Potom je jej hmotnostné číslo A = 92 + 146 = 238.

Ako získať hmotnostné číslo?

Ako bolo uvedené vyššie, hmotnostné číslo A prvku vždy zodpovedá súčtu počtu protónov a počtu neutrónov, ktoré jeho jadro obsahuje. Je to tiež celé číslo, ale … existuje nejaké pravidlo týkajúce sa vzťahu medzi týmito dvoma množstvami?

Pozrime sa: všetky vyššie uvedené prvky sú ľahké, okrem uránu. Atóm vodíka je, ako sme povedali, najjednoduchší. Nemá žiadne neutróny, prinajmenšom vo svojej najhojnejšej verzii, a v kyslíku a uhlíku existuje rovnaký počet protónov a neutrónov.

Stáva sa to aj s inými ľahkými prvkami, ako je dusík, ďalší veľmi dôležitý plyn pre život, ktorý má 7 protónov a 7 neutrónov. Avšak ako sa jadro stáva zložitejším a atómy sú ťažšie, počet neutrónov sa zvyšuje inou rýchlosťou.

Na rozdiel od ľahkých prvkov má urán s 92 protónmi asi 1 times-násobok množstva v neutrónoch: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Ako vidíte, je dosť blízko 146, počtu neutrónov, ktoré má.

Obrázok 2. Krivka stability. Zdroj: F. Zapata.

To všetko je zrejmé na krivke na obrázku 2. Je to graf N verzus Z, známy ako krivka jadrovej stability. Tu môžete vidieť, ako ľahké atómy majú rovnaký počet protónov ako neutróny a ako sa z Z = 20 zvyšuje počet neutrónov.

Týmto spôsobom sa stáva veľký atóm stabilnejší, pretože prebytok neutrónov znižuje elektrostatické odpudzovanie medzi protónmi.

Zápis pre atómy

Veľmi užitočným zápisom, ktorý rýchlo popisuje typ atómu, je nasledujúci: symbol prvku a príslušné čísla atómov a hmôt sú napísané tak, ako je to znázornené na tomto diagrame:

Obrázok 3. Atómová notácia. Zdroj: F. Zapata.

V tomto zápise by atómy v predchádzajúcich príkladoch boli:

Niekedy sa používa iný pohodlnejší zápis, v ktorom sa na označenie atómu používa iba symbol prvku a hmotnostné číslo, pričom sa vynechá atómové číslo. Týmto spôsobom sa ¹² ₆ C je písaný jednoducho ako uhlík-12, ¹⁶ ₈ O by kyslík-16, a tak ďalej pre akýkoľvek prvok.

izotopy

Počet protónov v jadre určuje povahu prvku. Napríklad každý atóm, ktorého jadro obsahuje 29 protónov, je atóm medi, bez ohľadu na to.

Predpokladajme, že atóm medi stráca elektrón z akéhokoľvek dôvodu, stále je to meď. Teraz je to však ionizovaný atóm.

Pre atómové jadro je ťažšie získať alebo stratiť protón, ale v prírode sa môže vyskytnúť. Napríklad vo vnútri hviezd sú ťažšie prvky tvorené nepretržite zo svetelných prvkov, pretože hviezdne jadro sa správa ako fúzny reaktor.

A práve tu na Zemi sa vyskytuje fenomén rádioaktívneho rozkladu, pri ktorom niektoré nestabilné atómy vylučujú nukleóny a vysielajú energiu, transformujúc sa na ďalšie prvky.

Konečne existuje možnosť, že atóm určitého prvku má odlišné hmotnostné číslo, v tomto prípade ide o izotop.

Dobrým príkladom je dobre známy uhlík-14 alebo rádio-uhlík, ktorý sa používa k dnešnému dňu archeologické objekty a ako biochemický indikátor. Je to rovnaký uhlík s rovnakými chemickými vlastnosťami, ale s dvoma extra neutrónmi.

Uhlík-14 je menej hojný ako uhlík-12, stabilný izotop, a je tiež rádioaktívny. To znamená, že v priebehu času sa rozpadá a vyžaruje energiu a častice, až kým sa nestane stabilným prvkom, ktorým je v tomto prípade dusík.

Uhlíkové izotopy

Uhlík sa v prírode vyskytuje ako zmes niekoľkých izotopov, z ktorých najhojnejšia je vyššie uvedená ^teplota ₁₂₆ ° C alebo uhlík-12. A okrem uhlík-14 je ¹³ ₆ C s prídavným neutrónu.

Toto je obvyklé, napríklad je známych 10 stabilných izotopov cínu. Naopak, berýlium a sodík je známy iba jeden izotop.

Každý izotop, prírodný alebo umelý, má inú mieru transformácie. Rovnakým spôsobom je možné v laboratóriu vytvárať umelé izotopy, ktoré sú vo všeobecnosti nestabilné a rádioaktívne sa rozpadajú vo veľmi krátkom časovom úseku zlomku sekundy, zatiaľ čo iné trvajú omnoho dlhšie, pokiaľ je vek Zeme alebo dlhší.

Tabuľka prírodných izotopov uhlíka

Uhlíkové izotopy	Atómové číslo Z	Hmotnostné číslo A	hojnosti%
12 6 C	6	12	98,89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	stopy

Pracovné príklady

- Príklad 1

Aký je rozdiel medzi ¹³ ₇ N a ¹⁴ ₇ N?

odpoveď

Obaja sú atómy dusíka, pretože ich atómové číslo je 7. Avšak, jeden z izotopov, ten s A = 13, má jeden menej neutrónov, zatiaľ čo ¹⁴ ₇ N je najhojnejšia izotop.

- Príklad 2

Koľko neutrónov je v jadre atómu ortuti, označených ako ²⁰¹ ₈₀ Hg?

odpoveď

Od A = 201 a Z = 80 a tiež s vedomím, že:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

Dospelo sa k záveru, že atóm ortuti má 121 neutrónov.

Referencie

1. Connor, N. Čo je Nucleon - štruktúra atómového jadra - definícia. Obnovené z: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Fyzika pre vedcov a techniku: strategický prístup. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitná fyzika s modernou fyzikou. 14 .. Vyd. Zväzok 2.
4. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Hmotnostné číslo. Obnovené z: en.wikipedia.org.