NUMĂRUL DE MASĂ: CE ESTE ȘI CUM SE POATE OBȚINE (CU EXEMPLE) - FIZIC - 2025

Numărul de masă sau numărul de masă al unui atom este suma numărului de protoni și a numărului de neutroni din nucleu. Aceste particule sunt desemnate interschimbabil cu numele de nucleoni, prin urmare numărul de masă reprezintă cantitatea acestora.

Fie N numărul de neutroni prezenți și Z numărul protonilor, dacă numim A ca număr de masă, atunci:

A = N + Z

Figura 1. Raza are un număr de masă A = 226, se descompun la radon cu A = 222 și emite un nucleu de heliu de A = 4. Sursa: Wikimedia Commons. Perox

Exemple de numere de masă

Iată câteva exemple de numere de masă pentru elemente cunoscute:

Hidrogen

Cel mai stabil și abundent atom de hidrogen este și cel mai simplu: 1 proton și un electron. Deoarece nucleul de hidrogen nu are neutroni, este adevărat că A = Z = 1.

Oxigen

Un nucleu de oxigen are 8 neutroni și 8 protoni, deci A = 16.

Carbon

Viața pe Pământ se bazează pe chimia carbonului, un atom de lumină cu 6 protoni în nucleul său plus 6 neutroni, deci A = 6 + 6 = 12.

Uraniu

Acest element, mult mai greu decât cele anterioare, este bine cunoscut pentru proprietățile sale radioactive. Nucleul de uraniu are 92 de protoni și 146 de neutroni. Atunci numărul său de masă este A = 92 + 146 = 238.

Cum se obține numărul de masă?

Așa cum am menționat anterior, numărul de masă A al unui element corespunde întotdeauna la suma numărului de protoni și a numărului de neutroni pe care îi conține nucleul său. De asemenea, este un număr întreg, dar … există vreo regulă cu privire la relația dintre cele două cantități?

Să vedem: toate elementele menționate mai sus sunt ușoare, cu excepția uraniului. Atomul de hidrogen este, așa cum am spus, cel mai simplu. Nu are neutroni, cel puțin în versiunea sa cea mai abundentă, iar în oxigen și carbon, există un număr egal de protoni și neutroni.

Se întâmplă și cu alte elemente ușoare, cum ar fi azotul, un alt gaz foarte important pentru viață, care are 7 protoni și 7 neutroni. Cu toate acestea, pe măsură ce nucleul devine mai complex și atomii devin mai grei, numărul de neutroni crește cu o viteză diferită.

Spre deosebire de elementele ușoare, uraniul, cu 92 de protoni, are o cantitate de aproximativ 1 ½ ori în neutroni: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

După cum puteți vedea, este destul de aproape de 146, numărul de neutroni pe care îi are.

Figura 2. Curba de stabilitate. Sursa: F. Zapata.

Toate acestea sunt evidente în curba din figura 2. Este un grafic de N față de Z, cunoscut sub numele de curba de stabilitate nucleară. Acolo puteți vedea cum atomii de lumină au același număr de protoni ca neutronii și cum de la Z = 20 numărul de neutroni crește.

În acest fel, atomul mare devine mai stabil, deoarece excesul de neutroni scade repulsia electrostatică între protoni.

Notare pentru atomi

O notație foarte utilă care descrie rapid tipul de atom este următoarea: simbolul elementului și numerele atomice și de masă respective sunt scrise așa cum se arată mai jos în această diagramă:

Figura 3. Notarea atomului. Sursa: F. Zapata.

În această notație, atomii din exemplele precedente ar fi:

Uneori se folosește o altă notare mai confortabilă, în care doar simbolul elementului și numărul de masă sunt folosite pentru a denumi atomul, omitând numărul atomic. În acest fel, ¹² ₆ C este scris pur și simplu că carbon-12, ¹⁶ ₈ O ar fi oxigen-16 și așa mai departe pentru orice element.

izotopi

Numărul de protoni dintr-un nucleu determină natura elementului. De exemplu, fiecare atom al cărui nucleu conține 29 de protoni este un atom de cupru, indiferent ce.

Să presupunem că un atom de cupru pierde un electron din orice motiv, este totuși cupru. Cu toate acestea, acum este un atom ionizat.

Este mai dificil pentru un nucleu atomic să câștige sau să piardă un proton, dar în natură poate apărea. De exemplu, în interiorul stelelor, elementele mai grele sunt formate continuu din elemente ușoare, deoarece nucleul stelar se comportă ca un reactor de fuziune.

Și chiar aici, pe Pământ, există fenomenul de descompunere radioactivă, în care unii atomi instabili expulzează nucleonii și emit energie, transformându-se în alte elemente.

În sfârșit, există posibilitatea ca un atom al unui anumit element să aibă un număr de masă diferit, în acest caz este un izotop.

Un bun exemplu este binecunoscutul carbon-14 sau radiocarbon, care este folosit pentru datarea obiectelor arheologice și ca trasator biochimic. Este același carbon, cu proprietăți chimice identice, dar cu doi neutroni în plus.

Carbon-14 este mai puțin abundent decât carbon-12, izotopul stabil și este, de asemenea, radioactiv. Aceasta înseamnă că, în timp, se descompune, emitând energie și particule până când devine un element stabil, care în cazul său este azot.

Izotopi de carbon

Carbonul există în natură ca un amestec de mai mulți izotopi, dintre care cel mai abundent este cel mai sus ¹² ₆ C sau carbon-12. Și pe lângă carbon-14 există ¹³ ₆ C cu un neutron suplimentar.

Acest lucru este obișnuit în natură, de exemplu 10 izotopi stabili sunt cunoscuți de staniu. În schimb, de beriliu și sodiu este cunoscut doar un singur izotop.

Fiecare izotop, natural sau artificial, are o rată de transformare diferită. În același mod, este posibil să se creeze izotopi artificiali în laborator, care sunt în general instabili și se degradează radioactiv într-o perioadă foarte scurtă de fracțiuni de secundă, în timp ce alții durează mult mai mult, atâta timp cât vârsta Pământului sau mai mult.

Tabelul izotopilor naturali de carbon

Izotopi de carbon	Numărul atomic Z	Numărul de masă A	Abundenţă%
12 6 C	6	12	98.89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	urme

Exemple lucrate

- Exemplul 1

Care este diferența dintre ¹³ ₇ N și ¹⁴ ₇ N?

Răspuns

Ambii sunt atomi de azot, deoarece numărul lor atomic este 7. Totuși, unul dintre izotopi, cel cu A = 13, are un neutron mai puțin, în timp ce ¹⁴ ₇ N este izotopul cel mai abundent.

- Exemplul 2

Câți neutroni există în nucleul unui atom de mercur, notat ca ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Răspuns

Deoarece A = 201 și Z = 80 și, de asemenea, știind că:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

Și se concluzionează că atomul de mercur are 121 de neutroni.

Referințe

1. Connor, N. Ce este Nucleon - Structura nucleului atomic - definiție. Recuperat de la: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Fizica oamenilor de știință și inginerie: o abordare strategică. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Universitatea de fizică cu fizică modernă. 14. Ed. Volumul 2.
4. Tippens, P. 2011. Fizică: concepte și aplicații. Ediția a VII-a. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Numar de masa. Recuperat de la: en.wikipedia.org.