TÖMEGSZÁM: MI EZ ÉS HOGYAN LEHET MEGSZEREZNI (PÉLDÁKKAL) - FIZIKAI - 2026

Az atom tömeg- vagy tömegszáma a protonok számának és a sejtmagban levő neutronok számának összege. Ezeket a részecskéket felváltva jelzik a nukleonok nevével, ezért a tömegszám jelöli azok mennyiségét.

Legyen N a jelenlévő neutronok száma és Z a protonok száma, ha tömegszámként hívjuk A-t, akkor:

A = N + Z

1. ábra: A sugár tömegszáma A = 226, radonra bomlik, ha A = 222, és héliummagot bocsát ki, amelynek A = 4. Forrás: Wikimedia Commons. PEROX

Példák tömegszámra

Íme néhány példa a jól ismert elemek tömegszámára:

Hidrogén

A legstabilabb és legszélesebb hidrogénatom is a legegyszerűbb: 1 proton és egy elektron. Mivel a hidrogénmag nem tartalmaz neutronokat, igaz, hogy A = Z = 1.

Oxigén

Egy oxigénmagban 8 neutron és 8 proton van, tehát A = 16.

Szén

A Földön az élet a szén kémiáján alapul: egy fény atom, amelynek magjában 6 proton van, plusz 6 neutron, tehát A = 6 + 6 = 12.

Uránium

Ez az elem, amely sokkal nehezebb, mint az előzőek, jól ismert radioaktív tulajdonságairól. Az uránmagban 92 proton és 146 neutron található. Akkor tömegszáma A = 92 + 146 = 238.

Hogyan szerezzük meg a tömegszámot?

Mint korábban említettük, egy elem A tömegszáma mindig megegyezik a protonok számának és a magjában lévő neutronok számának összegével. Ez is egy egész szám, de… van-e szabály a két mennyiség közötti viszonyra vonatkozóan?

Lássuk: az összes fent említett elem könnyű, kivéve az uránt. A hidrogénatom, amint mondtuk, a legegyszerűbb. Nincs neutronja, legalábbis a legszélesebb változatban, és az oxigénben és a szénben azonos számú proton és neutron van.

Ugyanez történik más fényelemekkel is, mint például a nitrogén, egy másik nagyon fontos gáz az élethez, amelynek 7 protonja és 7 neutrona van. Mivel azonban a mag komplexebbé válik, és az atomok nehezebbé válnak, a neutronok száma más ütemben növekszik.

A világos elemekkel ellentétben a 92 protonnal rendelkező urán kb. 1,5-szerese az neutronokban kifejezett mennyiségnek: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Mint láthatja, ez meglehetősen közel van a 146-hoz, azaz a kapott neutronok számához.

2. ábra. Stabilitási görbe. Forrás: F. Zapata.

Mindez nyilvánvaló a 2. ábra görbéjén. Ez egy N és Z gráfja, az atomstabilitási görbe néven ismert. Itt látható, hogy a könnyű atomok ugyanannyi protonnal rendelkeznek, mint a neutronok, és hogyan növekszik Z = 20-tól a neutronok száma.

Ilyen módon a nagy atom stabilabbá válik, mivel a neutronfelesleg csökkenti a protonok közötti elektrosztatikus visszatérést.

Jelölés az atomokhoz

Egy nagyon hasznos megjegyzés, amely gyorsan leírja az atom típusát, a következő: Az elem szimbóluma, valamint a megfelelő atomi és tömeg számok az alábbiak szerint vannak ábrázolva:

3. ábra. Atom jelölés. Forrás: F. Zapata.

Ebben a jelölésben az előző példák atomjai a következők lennének:

Időnként egy másik kényelmesebb jelölést használnak, amelyben csak az elem szimbólumát és tömegszámát használják az atom jelölésére, az atomszám elhagyásával. Ilyen módon a ¹² ₆ C-ot egyszerűen úgy írják, hogy szén-12, ¹⁶ ₈ O lenne oxigén-16, és így tovább, bármely elemnél.

Izotóp

A protonok száma egy atommagban meghatározza az elem természetét. Például minden atom, amelynek atommagja 29 protont tartalmaz, rézatom, függetlenül attól, hogy melyik.

Tegyük fel, hogy a réz atom bármilyen okból elveszíti az elektronot, még mindig réz. Most azonban ionizált atom.

Egy atommag számára nehezebb proton megszerzése vagy elvesztése, de a természetben előfordulhat. Például a csillagok belsejében folyamatosan nehezebb elemek alakulnak ki könnyű elemekből, mivel a csillagmag úgy viselkedik, mint egy fúziós reaktor.

És itt, a Földön, a radioaktív bomlás jelensége van, amelyben néhány instabil atom kiüríti a nukleonokat, és energiát bocsát ki, és más elemekké alakul.

Végül fennáll annak a lehetősége, hogy egy adott elem atomjának eltérő tömegaránya van, ebben az esetben izotóp.

Jó példa erre a közismert szén-14 vagy radiokarbon, amelyet a régészeti tárgyak napjainkban történő felhasználására és biokémiai nyomkövetőként használnak. Ugyanaz a szén, azonos kémiai tulajdonságokkal, de két extra neutronnal.

A szén-14 kevésbé bőséges, mint a stabil izotóp, mint a szén-12, és radioaktív is. Ez azt jelenti, hogy az idő múlásával lebomlik, energiát és részecskéket bocsátva ki, amíg stabil elemré nem válik, amely esetben nitrogén.

Szén izotópok

A szén a természetben több izotóp keverékeként létezik, amelyek közül a legelterjedtebb a fent említett ¹² ₆ C vagy szén-12. És a szén-14 mellett ¹³ ₆ C van egy további neutronnal.

Ez a természetben gyakori, például az ónról 10 stabil izotóp ismert. Ezzel szemben a berillium és a nátrium esetében csak egyetlen izotóp ismert.

Minden természetes vagy mesterséges izotóp eltérő átalakulási sebességgel rendelkezik. Ugyanígy lehet a mesterséges izotópokat is létrehozni a laboratóriumban, amelyek általában instabilok és radioaktív módon bomlanak egy nagyon rövid másodperces rész alatt, míg mások sokkal hosszabb ideig tartanak, mindaddig, amíg a Föld kora vagy annál hosszabb.

A természetes szén izotópok táblázata

Szén izotópok	Z atomszám	Tömegszám A	Bőség%
12 6 C	6	12	98,89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	Nyomokban

Működő példák

- 1. példa

Mi a különbség a ¹³ ₇ N és a ¹⁴ ₇ N között?

Válasz

Mindkettő nitrogénatom, mivel atomszámuk 7. Azonban az egyik izotóp, az A = 13-at tartalmazó, kevesebb neutronnal rendelkezik, míg ¹⁴ ₇ N a legelterjedtebb izotóp.

- 2. példa

Hány neutron van a higany atommagjában, amelyet ²⁰¹ ₈₀ Hg-nek jelölnek?

Válasz

Mivel A = 201 és Z = 80, és tudva azt is, hogy:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

Megállapítottam, hogy a higanyatom 121 neutronnal rendelkezik.

Irodalom

1. Connor, N. Mi a nukleon - az atommag szerkezete - Meghatározás. Helyreállítva a: periodic-table.org oldalról.
2. Knight, R. 2017. Fizika tudósok és mérnökök számára: stratégiai megközelítés. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Egyetemi fizika a modern fizikával. 14-én. Ed. 2. kötet.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: Fogalmak és alkalmazások. 7. kiadás. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Tömegszám. Helyreállítva: en.wikipedia.org.