MASOVNI BROJ: ŠTO JE I KAKO TO DOBITI (S PRIMJERIMA) - FIZIČKA - 2024

Maseni broj ili maseni broj atoma je zbroj broj protona i broj neutrona u jezgri. Te se čestice zamjenjuju naizmjenično s imenom nukleona, stoga masni broj predstavlja njihovu količinu.

Neka je N broj prisutnih neutrona, a Z broj protona, ako A zovemo masni broj, tada:

A = N + Z

Slika 1. Polumjer ima masni broj A = 226, raspada se do radona s A = 222 i emitira helijumsku jezgru A = 4. Izvor: Wikimedia Commons. PerOX

Primjeri masovnih brojeva

Evo nekoliko primjera masovnih brojeva za poznate elemente:

Vodik

Najstabilniji i najzastupljeniji atom vodika je ujedno i najjednostavniji: 1 protona i jedan elektron. Kako jezgra vodika nema neutrona, istina je da je A = Z = 1.

Kisik

Jezgre kisika imaju 8 neutrona i 8 protona, dakle A = 16.

ugljen

Život na Zemlji temelji se na kemiji ugljika, lakog atoma sa 6 protona u svom jezgru plus 6 neutrona, pa je A = 6 + 6 = 12.

uranijum

Ovaj je element, mnogo teži od prethodnih, dobro poznat po svojim radioaktivnim svojstvima. Uranovo jezgro ima 92 protona i 146 neutrona. Tada je njegov masni broj A = 92 + 146 = 238.

Kako doći do masovnog broja?

Kao što je već spomenuto, masni broj A elementa uvijek odgovara zbroju broja protona i broju neutrona koji sadrži njegova jezgra. To je također čitav broj, ali… postoji li neko pravilo u odnosu između dviju količina?

Pogledajmo: svi gore navedeni elementi su svjetlost, osim urana. Atom vodika je, kao što smo rekli, najjednostavniji. Nema neutrona, barem u svojoj najopakijoj verziji, a u kisiku i ugljiku ima jednak broj protona i neutrona.

To se događa i s drugim svjetlosnim elementima, kao što je dušik, još jedan vrlo važan životni plin koji ima 7 protona i 7 neutrona. Međutim, kako jezgro postaje složenije, a atomi postaju teži, broj neutrona se povećava različitom brzinom.

Za razliku od svjetlosnih elemenata, uran, s 92 protona, ima oko 1½ puta veću količinu neutrona: 1½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Kao što vidite, prilično je blizu 146, koliko neutrona ima.

Slika 2. Krivulja stabilnosti. Izvor: F. Zapata.

Sve je to vidljivo u krivulji na slici 2. To je graf N prema Z, poznat kao krivulja nuklearne stabilnosti. Tamo možete vidjeti kako svjetlosni atomi imaju isti broj protona kao i neutroni, a kako se od Z = 20 povećava broj neutrona.

Na taj način veliki atom postaje stabilniji, jer višak neutrona smanjuje elektrostatičko odbijanje između protona.

Oznaka za atome

Vrlo korisna oznaka koja brzo opisuje vrstu atoma je sljedeća: simbol elementa i odgovarajući atomski i masni brojevi su zapisani kao što je dolje prikazano na ovom dijagramu:

Slika 3. Atomski zapis. Izvor: F. Zapata.

U ovoj notaciji atomi bi u prethodnim primjerima bili:

Ponekad se koristi i druga udobnija nota u kojoj se za označavanje atoma koriste samo simbol elementa i masni broj, izostavljajući atomski broj. Na taj se način ¹² ₆ C piše jednostavno kao ugljik-12, ¹⁶ ₈ O bi bio kisik-16, i tako dalje za bilo koji element.

izotopi

Broj protona u jezgri određuje prirodu elementa. Na primjer, svaki atom čija jezgra sadrži 29 protona je atom bakra, bez obzira na sve.

Pretpostavimo da bakreni atom iz bilo kojeg razloga izgubi elektron, to je ipak bakar. Sada je to ionizirani atom.

Teže je da atomsko jezgro dobije ili izgubi proton, ali u prirodi se može dogoditi. Na primjer, unutar zvijezda, teži elementi se kontinuirano formiraju od lakih elemenata, budući da se zvjezdana jezgra ponaša poput fuzijskog reaktora.

I upravo ovdje na Zemlji postoji fenomen radioaktivnog raspada, u kojem neki nestabilni atomi izbacuju nukleone i emitiraju energiju, pretvarajući se u druge elemente.

Konačno, postoji mogućnost da atom određenog elementa ima različit masni broj, u ovom slučaju to je izotop.

Dobar primjer je dobro poznati ugljik-14 ili radiokarbon koji se koristi za datiranje arheoloških objekata i kao biokemijski tragač. To je isti ugljik, s identičnim kemijskim svojstvima, ali s dva dodatna neutrona.

Ugljik-14 je manje obilan od ugljika-12, stabilnog izotopa, a također je i radioaktivan. To znači da s vremenom propada, emitirajući energiju i čestice dok ne postane stabilan element, što je u svom slučaju dušik.

Izotopi ugljika

Ugljik postoji u prirodi kao mješavina nekoliko izotopa od kojih je najbogatiji od spomenutih ¹² ₆ C ili ugljika-12. Uz ugljik-14 postoji i ¹³ ₆ C s dodatnim neutronom.

To je uobičajeno u prirodi, primjerice od kositra je poznato 10 stabilnih izotopa. Suprotno tome, od berilija i natrija poznat je samo jedan izotop.

Svaki izotop, prirodni ili umjetni, ima različitu brzinu transformacije. Na isti način moguće je stvoriti umjetne izotope u laboratoriju, koji su uglavnom nestabilni i radioaktivno propadaju u vrlo kratkom razdoblju sekunde, dok drugima treba mnogo duže, koliko god da je Zemlja Zemlje ili duže.

Tablica prirodnih izotopa ugljika

Izotopi ugljika	Atomski broj Z	Masovni broj A	Obilje%
12 6 C	6	12	98,89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	tragovi

Obrađeni primjeri

- Primjer 1

Koja je razlika između ¹³ ₇ N i ¹⁴ ₇ N?

Odgovor

Oba su dušikovi atomi, budući da je njihov atomski broj 7. Međutim, jedan od izotopa, onaj s A = 13, ima jedan manje neutrona, dok je ¹⁴ ₇ N najbrojniji izotop.

- Primjer 2

Koliko neutrona ima u jezgri atoma žive, označene kao ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Odgovor

Budući da su A = 201 i Z = 80, a također znajući da:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

I zaključeno je da atom žive ima 121 neutron.

Reference

1. Connor, N. Što je nukleon - struktura atomskog nukleusa - definicija. Oporavilo sa: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Fizika za znanstvenike i inženjerstvo: strateški pristup. Pearson.
3. Sears, Zemanski. 2016. Sveučilišna fizika s modernom fizikom. 14.. Ed. Svezak 2.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: pojmovi i primjene. 7. izdanje. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Masovni broj. Oporavilo sa: en.wikipedia.org.