MASSANUMERO: MIKÄ SE ON JA MITEN SE SAADAAN (ESIMERKKEINÄ) - FYYSINEN - 2026

Massa numero tai massa määrä atomin on summa protonien lukumäärä ja määrä neutroneja tumassa. Nämä hiukkaset on merkitty vuorottelevasti nukleonien nimen kanssa, joten massanumero edustaa niiden määrää.

Olkoon N läsnä olevien neutronien lukumäärä ja Z protonien lukumäärä, jos kutsumme massanumeroksi A, niin:

A = N + Z

Kuvio 1. Säteen massaluku on A = 226, se hajoaa radoniksi, kun A = 222, ja säteilee heliumin ytimen A = 4. Lähde: Wikimedia Commons. PerOX

Esimerkkejä massanumeroista

Tässä on esimerkkejä tunnettujen elementtien massanumeroista:

Vety

Stabiilin ja runsas vetyatomi on myös yksinkertaisin: 1 protoni ja yksi elektroni. Koska vetyydässä ei ole neutroneja, on totta, että A = Z = 1.

Happi

Happituumassa on 8 neutronia ja 8 protonia, siksi A = 16.

hiili

Maapallon elämä perustuu hiilen kemiaan, kevyt atomiin, jonka ytimessä on 6 protonia plus 6 neutronia, joten A = 6 + 6 = 12.

uraani

Tämä elementti, paljon raskaampi kuin aikaisemmat, on tunnettu radioaktiivisista ominaisuuksistaan. Uraanin ytimessä on 92 protonia ja 146 neutronia. Silloin sen massa on A = 92 + 146 = 238.

Kuinka saada massanumero?

Kuten aiemmin mainittiin, elementin massa luku A vastaa aina protonien lukumäärän ja sen ytimen sisältämien neutronien lukumäärää. Se on myös kokonaisluku, mutta… onko näiden kahden määrän suhteelle mitään sääntöä?

Katsotaanpa: kaikki edellä mainitut elementit ovat kevyitä, paitsi uraani. Vetyatomi on, kuten sanoimme, yksinkertaisin. Sillä ei ole neutroneja, ainakaan yleisimmässä versiossaan, ja happessa ja hiilessä protoneja ja neutroneja on yhtä paljon.

Se tapahtuu myös muiden valoelementtien, kuten typen, toisen erittäin tärkeän elämän kaasun kanssa, jossa on 7 protonia ja 7 neutronia. Koska ydin muuttuu kuitenkin monimutkaisemmaksi ja atomit raskaammiksi, neutronien lukumäärä kasvaa eri nopeudella.

Toisin kuin vaaleat elementit, uraanilla, jossa on 92 protonia, on noin 1,5 kertaa tämä määrä neutroneissa: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Kuten huomaat, se on melko lähellä 146: ta, neutronien lukumäärää.

Kuva 2. Vakauskäyrä. Lähde: F. Zapata.

Kaikki tämä käy ilmi kuvion 2 käyrästä. Se on kuvaaja N: stä Z: hen nähden, jota kutsutaan ydinvakauden käyräksi. Siellä voit nähdä kuinka valoisilla atomeilla on sama määrä protoneja kuin neutroneilla ja kuinka Z = 20: sta neutronien lukumäärä kasvaa.

Tällä tavoin suuri atomi tulee stabiilimmaksi, koska neutronien ylimäärä vähentää protonien välistä sähköstaattista heijastumista.

Atomien merkintä

Erittäin hyödyllinen merkintä, joka kuvaa nopeasti atomityypin, on seuraava: elementin symboli ja vastaavat atomi- ja massanumerot on kirjoitettu alla olevan kaavion mukaisesti:

Kuva 3. Atomimerkintä. Lähde: F. Zapata.

Tässä merkinnässä edellisten esimerkkien atomit olisivat:

Joskus käytetään toista mukavampaa merkintää, jossa vain elementin symbolia ja massanumeroa käytetään atomin merkitsemiseen, jättämättä pois atominumero. Tällä tavalla ¹² ₆ C kirjoitetaan yksinkertaisesti hiileksi-12, ¹⁶ ₈ O olisi happi-16 ja niin edelleen jokaiselle elementille.

isotoopit

Protonien lukumäärä ytimessä määrittelee elementin luonteen. Esimerkiksi jokainen atomi, jonka ydin sisältää 29 protonia, on kupariatomi, ei väliä mitä.

Oletetaan, että kupariatomi menettää elektronin mistä tahansa syystä, se on silti kupari. Nyt se on kuitenkin ionisoitu atomi.

Atomiytimellä on vaikeampaa saada tai kadottaa protoni, mutta luonnossa sitä voi tapahtua. Esimerkiksi tähtien sisällä raskaampia elementtejä muodostuu jatkuvasti kevyistä elementeistä, koska tähtituuma käyttäytyy kuin fuusioreaktori.

Ja juuri täällä maan päällä on radioaktiivisen hajoamisen ilmiö, jossa jotkut epävakaat atomit karkottavat nukleoneja ja lähettävät energiaa muuttaen muihin elementteihin.

Viimeinkin on mahdollista, että tietyn elementin atomilla on erilainen massaluku, tässä tapauksessa se on isotooppi.

Hyvä esimerkki on tunnettu hiili-14 tai radiohiili, jota käytetään nykyään arkeologisiin kohteisiin ja biokemialliseksi merkkiaineeksi. Se on sama hiili, jolla on identtiset kemialliset ominaisuudet, mutta jolla on kaksi ylimääräistä neutronia.

Hiili-14 on vähemmän runsas kuin hiili-12, vakaa isotooppi, ja se on myös radioaktiivinen. Tämä tarkoittaa, että ajan myötä se hajoaa, emittoiden energiaa ja hiukkasia, kunnes siitä tulee vakaa alkuaine, joka tässä tapauksessa on typpi.

Hiili-isotoopit

Hiiltä esiintyy luonnossa useiden isotooppien seoksena, joista yleisin on edellä mainittu ¹² ₆ C tai hiili-12. Ja hiili-14: n lisäksi on ¹³ ₆ C ja ylimääräinen neutroni.

Tämä on yleistä luonteeltaan, esimerkiksi tinasta tunnetaan 10 vakaata isotooppia. Sitä vastoin berylliumista ja natriumista tunnetaan vain yksi isotooppi.

Jokaisella luonnollisella tai keinotekoisella isotoopilla on erilainen muutosnopeus. Samalla tavalla on mahdollista luoda laboratoriossa keinotekoisia isotooppeja, jotka ovat yleensä epävakaita ja hajoavat radioaktiivisesti hyvin lyhyessä sekunnin murto-osassa, kun taas toiset vievät paljon kauemmin, niin kauan kuin maapallon ikä tai pidempi.

Taulukko luonnollisista hiilen isotoopeista

Hiili-isotoopit	Atominumero Z	Massanumero A	Yltäkylläisyys%
12 6 C	6	12	98.89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	jälkiä

Toimivia esimerkkejä

- Esimerkki 1

Mitä eroa on ¹³ ₇ N: n ja ¹⁴ ₇ N: n välillä?

Vastaa

Molemmat ovat typpiatomeja, koska niiden atomiluku on 7. Kuitenkin yhdellä isotoopeista, jolla on A = 13, on yksi vähemmän neutroneja, kun taas ¹⁴ ₇ N on yleisimpiä isotooppeja.

- Esimerkki 2

Kuinka monta neutronia on elohopeaatomin ytimessä, jota kutsutaan ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Vastaa

Koska A = 201 ja Z = 80, ja tietäen myös, että:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

Ja päätellään, että elohopeaatomissa on 121 neutronia.

Viitteet

1. Connor, N. Mikä on ydin - atomin ytimen rakenne - määritelmä. Palautettu osoitteesta: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Fysiikka tutkijoille ja tekniikoille: strateginen lähestymistapa. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Yliopistofysiikka modernin fysiikan kanssa. 14th. Toim. Nide 2.
4. Tippens, P. 2011. Fysiikka: Käsitteet ja sovellukset. 7. painos. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Massanumero. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org.