MASAS NUMURS: KAS TAS IR UN KĀ TO IEGŪT (AR PIEMĒRIEM) - FIZISKĀ - 2025

Masa numurs vai masa skaits atoma ir summa protonu skaitu un neitronu skaitu atoma kodolā. Šīs daļiņas ir apzīmētas aizvietojami ar nukleonu nosaukumiem, tāpēc masas skaitlis apzīmē to daudzumu.

Ja N ir klāt esošo neitronu skaits un Z - protonu skaits, ja kā masas numuru saucam A, tad:

A = N + Z

1. attēls. Rādiusam ir masas skaitlis A = 226, tas samazinās līdz radonam ar A = 222 un izstaro hēlija kodolu A = 4. Avots: Wikimedia Commons. PerOX

Masu skaitļu piemēri

Šeit ir daži labi zināmu elementu masas numuru piemēri:

Ūdeņradis

Stabilākais un bagātīgākais ūdeņraža atoms ir arī vienkāršākais: 1 protons un viens elektrons. Tā kā ūdeņraža kodolā nav neitronu, ir taisnība, ka A = Z = 1.

Skābeklis

Skābekļa kodolā ir 8 neitroni un 8 protoni, tāpēc A = 16.

Ogleklis

Dzīve uz Zemes ir balstīta uz oglekļa - gaismas atoma ar 6 protoniem kodolā plus 6 neitroniem - ķīmiju, tātad A = 6 + 6 = 12.

Urāns

Šis elements, kas ir daudz smagāks nekā iepriekšējie, ir labi pazīstams ar savām radioaktīvajām īpašībām. Urāna kodolā ir 92 protoni un 146 neitroni. Tad tā masas skaitlis ir A = 92 + 146 = 238.

Kā iegūt masas numuru?

Kā minēts iepriekš, elementa masas skaitlis A vienmēr atbilst protonu skaita un neitronu skaita summai, ko satur tā kodols. Tas ir arī vesels skaitlis, bet … vai ir kāds noteikums par attiecībām starp abiem lielumiem?

Redzēsim: visi iepriekš minētie elementi ir gaiši, izņemot urānu. Ūdeņraža atoms, kā jau teicām, ir vienkāršākais. Tam nav neitronu, vismaz visizplatītākajā versijā, un skābeklī un ogleklī ir vienāds skaits protonu un neitronu.

Tas notiek arī ar citiem gaismas elementiem, piemēram, slāpekli, vēl vienu dzīvībai ļoti svarīgu gāzi, kurai ir 7 protoni un 7 neitroni. Tomēr, tā kā kodols kļūst sarežģītāks un atomi kļūst smagāki, neitronu skaits palielinās ar atšķirīgu ātrumu.

Atšķirībā no vieglajiem elementiem, urānā ar 92 protoniem ir aptuveni 1,5 reizes vairāk nekā neitronos: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Kā redzat, tas ir diezgan tuvu 146, tā neitronu skaitam.

2. attēls. Stabilitātes līkne. Avots: F. Zapata.

Tas viss ir redzams 2. attēla līknē. Tas ir N un Z grafiks, kas pazīstams kā kodola stabilitātes līkne. Tur var redzēt, kā gaismas atomiem ir tāds pats protonu skaits kā neitroniem, un kā no Z = 20 palielinās neitronu skaits.

Tādā veidā lielais atoms kļūst stabilāks, jo neitronu pārpalikums samazina elektrostatisko atgrūšanos starp protoniem.

Atomu apzīmējumi

Ļoti noderīgs apzīmējums, kas ātri raksturo atoma tipu, ir šāds: elementa simbols un attiecīgie atomu un masu skaitļi ir uzrakstīti, kā parādīts šajā diagrammā:

3. attēls. Atomu notācija. Avots: F. Zapata.

Šajā apzīmējumā atomi iepriekšējos piemēros būtu:

Dažreiz tiek izmantots cits ērtāks apzīmējums, kurā atoma apzīmēšanai tiek izmantots tikai elementa simbols un masas numurs, izlaižot atoma numuru. Tādā veidā ¹² ₆ C tiek rakstīts vienkārši kā ogleklis-12, ¹⁶ ₈ O būtu skābeklis-16 utt. Jebkuram elementam.

Izotopi

Protonu skaits kodolā nosaka elementa raksturu. Piemēram, katrs atoms, kura kodolā ir 29 protoni, ir vara atoms, neatkarīgi no tā.

Pieņemsim, ka vara atoms jebkāda iemesla dēļ zaudē elektronu, tas joprojām ir varš. Tomēr tagad tas ir jonizēts atoms.

Atomu kodolā ir grūtāk iegūt vai zaudēt protonu, bet dabā tas var rasties. Piemēram, zvaigžņu iekšpusē no gaismas elementiem nepārtraukti veidojas smagāki elementi, jo zvaigžņu kodols uzvedas kā saplūšanas reaktors.

Un tieši šeit uz Zemes rodas radioaktīvās sabrukšanas fenomens, kurā daži nestabili atomi izstumj nukleonus un izstaro enerģiju, pārveidojoties citos elementos.

Visbeidzot, pastāv iespēja, ka noteikta elementa atomam ir atšķirīgs masas skaitlis, šajā gadījumā tas ir izotops.

Labs piemērs ir plaši pazīstamais ogleklis-14 vai radiokarbons, ko mūsdienās izmanto arheoloģiskos objektos un kā bioķīmisko marķieri. Tas ir tas pats ogleklis, ar identiskām ķīmiskajām īpašībām, bet ar diviem papildu neitroniem.

Ogleklis-14 ir mazāk bagātīgs nekā ogleklis-12, stabils izotops, un tas ir arī radioaktīvs. Tas nozīmē, ka laika gaitā tas sadalās, izstarojot enerģiju un daļiņas, līdz kļūst par stabilu elementu, kas šajā gadījumā ir slāpeklis.

Oglekļa izotopi

Ogleklis dabā pastāv kā vairāku izotopu maisījums, no kuriem visizplatītākais ir iepriekšminētais ¹² ₆ C vai ogleklis-12. Bez oglekļa-14 ir arī ¹³ ₆ C ar papildu neitronu.

Tas dabā ir izplatīts, piemēram, no alvas ir zināmi 10 stabili izotopi. Turpretī no berilija un nātrija ir zināms tikai viens izotops.

Katram dabiskajam vai mākslīgajam izotopam ir atšķirīgs pārveidošanās ātrums. Tādā pašā veidā laboratorijā ir iespējams izveidot mākslīgus izotopus, kas parasti ir nestabili un radioaktīvi sabrūk ļoti īsā sekundes frakcijas periodā, bet citi prasa daudz ilgāku laiku, ja vien Zemes vecums vai ir ilgāks.

Oglekļa dabisko izotopu tabula

Oglekļa izotopi	Atomu skaitlis Z	Masas numurs A	Pārpilnība%
12 6 C	6	12	98,89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	Pēdas

Darbojušies piemēri

- 1. piemērs

Kāda ir atšķirība starp ¹³ ₇ N un ¹⁴ ₇ N?

Atbildi

Abi ir slāpekļa atomi, jo to atomu skaits ir 7. Tomēr vienam no izotopiem, kuram ir A = 13, ir viens mazāk neitronu, savukārt ¹⁴ ₇ N ir visizplatītākais izotops.

- 2. piemērs

Cik neitronu ir dzīvsudraba atoma kodolā, kas apzīmēts kā ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Atbildi

Tā kā A = 201 un Z = 80, kā arī zinot, ka:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

Un tiek secināts, ka dzīvsudraba atomā ir 121 neitrons.

Atsauces

1. Connor, N. Kas ir kodols - atomu kodola uzbūve - definīcija. Atgūts no: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Fizika zinātniekiem un inženierija: stratēģijas pieeja. Pīrsons.
3. Sīrs, Zemanskis. 2016. Universitātes fizika ar moderno fiziku. 14. Ed. 2. sējums.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: jēdzieni un pielietojumi. 7. izdevums. Makgreiva kalns.
5. Wikipedia. Masas numurs. Atgūts no: en.wikipedia.org.