MASS NUMBER: CO TO JE A JAK TO ZÍSKAT (S PŘÍKLADY) - FYZICKÝ - 2025

Hmotnostní číslo nebo hmotnostní číslo atomu je součet počtu protonů a počet neutronů v jádře. Tyto částice jsou označeny zaměnitelně s názvem nukleonů, a proto jejich počet představuje jejich počet.

Nechť N je počet přítomných neutronů a Z počet protonů, označíme-li A jako hmotnostní číslo, pak:

A = N + Z

Obrázek 1. Poloměr má hmotnostní číslo A = 226, rozkládá se na radon s A = 222 a emituje jádro hélia A = 4. Zdroj: Wikimedia Commons. PerOX

Příklady hmotnostních čísel

Zde je několik příkladů hromadných čísel pro známé prvky:

Vodík

Nejstabilnější a hojný atom vodíku je také nejjednodušší: 1 proton a jeden elektron. Protože atom vodíku nemá neutrony, je pravda, že A = Z = 1.

Kyslík

Kyslíkové jádro má 8 neutronů a 8 protonů, proto A = 16.

Uhlík

Život na Zemi je založen na chemii uhlíku, lehkého atomu se 6 protony v jeho jádru plus 6 neutronů, takže A = 6 + 6 = 12.

Uran

Tento prvek, mnohem těžší než předchozí, je dobře známý svými radioaktivními vlastnostmi. Jádro uranu má 92 protonů a 146 neutronů. Pak je jeho hmotnostní číslo A = 92 + 146 = 238.

Jak získat hmotnostní číslo?

Jak již bylo zmíněno dříve, hmotnostní číslo A prvku vždy odpovídá součtu počtu protonů a počtu neutronů, které jeho jádro obsahuje. Je to také celé číslo, ale… existuje nějaké pravidlo týkající se vztahu mezi těmito dvěma veličinami?

Uvidíme: všechny výše uvedené prvky jsou lehké, kromě uranu. Jak jsme řekli, atom vodíku je nejjednodušší. Nemá žádné neutrony, alespoň ve své nejhojnější verzi, a v kyslíku a uhlíku existuje stejný počet protonů a neutronů.

Stává se také u jiných světelných prvků, jako je dusík, další velmi důležitý plyn pro život, který má 7 protonů a 7 neutronů. Jak se však jádro stává složitějším a atomy těžší, počet neutronů roste různou rychlostí.

Na rozdíl od světelných prvků má uran s 92 protony asi 1 ½násobek množství v neutronech: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Jak vidíte, je to docela blízko 146, počtu neutronů, které má.

Obrázek 2. Křivka stability. Zdroj: F. Zapata.

To vše je patrné z křivky na obrázku 2. Je to graf N proti Z, známý jako křivka jaderné stability. Zde můžete vidět, jak lehké atomy mají stejný počet protonů jako neutrony a jak se od Z = 20 počet neutronů zvyšuje.

Tímto způsobem se velký atom stává stabilnějším, protože přebytek neutronů snižuje elektrostatické odpuzování mezi protony.

Zápis atomů

Velmi užitečným zápisem, který rychle popisuje typ atomu, je následující: symbol prvku a příslušná atomová a hmotnostní čísla jsou zapsána tak, jak je uvedeno níže v tomto diagramu:

Obrázek 3. Atomová notace. Zdroj: F. Zapata.

V tomto zápisu by atomy v předchozích příkladech byly:

Někdy se používá ještě pohodlnější zápis, ve kterém se k označení atomu použije pouze symbol prvku a hmotnostní číslo, které vynechá atomové číslo. Tímto způsobem se ¹² ₆ C je psán jednoduše jako uhlík-12, ¹⁶ ₈ O by kyslík-16, a tak dále pro jakýkoli prvek.

Izotopy

Počet protonů v jádru určuje povahu prvku. Například každý atom, jehož jádro obsahuje 29 protonů, je atom mědi, bez ohledu na to, co.

Předpokládejme, že atom mědi z jakéhokoli důvodu ztratí elektron, je to stále měď. Nyní je to však ionizovaný atom.

Pro atomové jádro je obtížnější získat nebo ztratit proton, ale v přírodě se může vyskytnout. Například uvnitř hvězd jsou těžší prvky tvořeny nepřetržitě ze světelných prvků, protože hvězdné jádro se chová jako fúzní reaktor.

A právě tady na Zemi existuje jev radioaktivního rozpadu, ve kterém některé nestabilní atomy vytlačují nukleony a emitují energii, transformující se na jiné prvky.

Konečně existuje možnost, že atom určitého prvku má odlišné hmotnostní číslo, v tomto případě je to izotop.

Dobrým příkladem je známý uhlík-14 nebo radioaktivní uhlík, který se používá k datování archeologických objektů a jako biochemický indikátor. Je to stejný uhlík se stejnými chemickými vlastnostmi, ale se dvěma extra neutrony.

Uhlík-14 je méně hojný než uhlík-12, stabilní izotop, a je také radioaktivní. To znamená, že se časem rozkládá a vydává energii a částice, dokud se nestane stabilním prvkem, kterým je v tomto případě dusík.

Uhlíkové izotopy

Uhlík existuje v přírodě jako směs několika izotopů, z nichž nejrozšířenější je výše uvedené ¹² ₆ C nebo uhlík-12. A kromě uhlíku-14 je zde ¹³ ₆ C s dalším neutronem.

To je v přírodě běžné, například o cínu je známo 10 stabilních izotopů. Naproti tomu u berylia a sodíku je znám pouze jediný izotop.

Každý izotop, přírodní nebo umělý, má jinou rychlost transformace. Stejně tak je možné v laboratoři vytvořit umělé izotopy, které jsou obecně nestabilní a radioaktivně se rozkládají ve velmi krátkém období zlomků vteřiny, zatímco jiné trvá mnohem déle, pokud je věk Země nebo déle.

Tabulka přírodních izotopů uhlíku

Uhlíkové izotopy	Atomové číslo Z	Hmotnostní číslo A	Hojnost%
12 6 C	6	12	98,89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	Stopy

Pracované příklady

- Příklad 1

Jaký je rozdíl mezi ¹³ ₇ N a ¹⁴ ₇ N?

Odpověď

Oba jsou atomy dusíku, protože jejich atomové číslo je 7. Nicméně, jeden z izotopů, ten s A = 13, má jeden méně neutronů, zatímco ¹⁴ ₇ N je nejhojnější izotop.

- Příklad 2

Kolik neutronů je v jádru atomu rtuti, označeno jako ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Odpověď

Protože A = 201 a Z = 80, a také s vědomím, že:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

Došlo se k závěru, že atom rtuti má 121 neutronů.

Reference

1. Connor, N. Co je Nucleon - struktura atomového jádra - definice. Obnoveno z: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Fyzika pro vědce a inženýrství: strategický přístup. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitní fyzika s moderní fyzikou. 14. Ed. Svazek 2.
4. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikace. 7. vydání. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Hmotnostní číslo. Obnoveno z: en.wikipedia.org.