MASSENZAHL: WAS ES IST UND WIE MAN ES BEKOMMT (MIT BEISPIELEN) - KÖRPERLICH - 2025

Die Massenzahl oder Massenzahl eines Atoms ist die Summe aus der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Neutronen im Kern. Diese Teilchen werden austauschbar mit dem Namen der Nukleonen bezeichnet, daher repräsentiert die Massenzahl die Menge von ihnen.

Sei N die Anzahl der vorhandenen Neutronen und Z die Anzahl der Protonen, wenn wir A als Massenzahl nennen, dann:

A = N + Z.

Figure 1. Der Radius hat eine Massenzahl A = 226, zerfällt mit A = 222 zu Radon und emittiert einen Heliumkern von A = 4. Quelle: Wikimedia Commons. PerOX

Beispiele für Massenzahlen

Hier einige Beispiele für Massenzahlen für bekannte Elemente:

Wasserstoff

Das stabilste und am häufigsten vorkommende Wasserstoffatom ist auch das einfachste: 1 Proton und ein Elektron. Da der Wasserstoffkern keine Neutronen hat, ist A = Z = 1.

Sauerstoff

Ein Sauerstoffkern hat 8 Neutronen und 8 Protonen, daher A = 16.

Kohlenstoff

Das Leben auf der Erde basiert auf der Chemie des Kohlenstoffs, eines Lichtatoms mit 6 Protonen im Kern plus 6 Neutronen, also A = 6 + 6 = 12.

Uran

Dieses Element, das viel schwerer als die vorherigen ist, ist bekannt für seine radioaktiven Eigenschaften. Der Urankern hat 92 Protonen und 146 Neutronen. Dann ist seine Massenzahl A = 92 + 146 = 238.

Wie bekomme ich die Massenzahl?

Wie bereits erwähnt, entspricht die Massenzahl A eines Elements immer der Summe der Anzahl der Protonen und der Anzahl der Neutronen, die sein Kern enthält. Es ist auch eine ganze Zahl, aber … gibt es eine Regel bezüglich der Beziehung zwischen den beiden Größen?

Mal sehen: Alle oben genannten Elemente sind leicht, außer Uran. Das Wasserstoffatom ist, wie gesagt, das einfachste. Es hat keine Neutronen, zumindest in seiner am häufigsten vorkommenden Version, und in Sauerstoff und Kohlenstoff gibt es die gleiche Anzahl von Protonen und Neutronen.

Dies geschieht auch mit anderen leichten Elementen wie Stickstoff, einem weiteren lebenswichtigen Gas mit 7 Protonen und 7 Neutronen. Wenn jedoch der Kern komplexer wird und die Atome schwerer werden, nimmt die Anzahl der Neutronen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zu.

Im Gegensatz zu den leichten Elementen hat Uran mit 92 Protonen etwa die 1 ½-fache Menge an Neutronen: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Wie Sie sehen können, ist es ziemlich nahe an 146, der Anzahl der Neutronen, die es hat.

Abbildung 2. Stabilitätskurve. Quelle: F. Zapata.

All dies ist in der Kurve in Abbildung 2 ersichtlich. Es handelt sich um ein Diagramm von N gegen Z, das als Kernstabilitätskurve bekannt ist. Dort können Sie sehen, wie leichte Atome die gleiche Anzahl von Protonen wie Neutronen haben und wie ab Z = 20 die Anzahl der Neutronen zunimmt.

Auf diese Weise wird das große Atom stabiler, da der Überschuss an Neutronen die elektrostatische Abstoßung zwischen den Protonen verringert.

Notation für Atome

Eine sehr nützliche Notation, die den Atomtyp schnell beschreibt, ist die folgende: Das Symbol des Elements und die jeweiligen Atom- und Massenzahlen werden wie unten in diesem Diagramm gezeigt geschrieben:

Abbildung 3. Atomnotation. Quelle: F. Zapata.

In dieser Notation wären die Atome in den vorhergehenden Beispielen:

Manchmal wird eine andere bequemere Notation verwendet, bei der nur das Symbol des Elements und die Massenzahl verwendet werden, um das Atom zu bezeichnen, wobei die Ordnungszahl weggelassen wird. Auf diese Weise wird ¹² ₆ C einfach als Kohlenstoff-12 geschrieben, ¹⁶ ₈ O wäre Sauerstoff-16 und so weiter für jedes Element.

Isotope

Die Anzahl der Protonen in einem Kern bestimmt die Art des Elements. Zum Beispiel ist jedes Atom, dessen Kern 29 Protonen enthält, ein Kupferatom, egal was passiert.

Angenommen, ein Kupferatom verliert aus irgendeinem Grund ein Elektron, es ist immer noch Kupfer. Jetzt ist es jedoch ein ionisiertes Atom.

Für einen Atomkern ist es schwieriger, ein Proton zu gewinnen oder zu verlieren, aber in der Natur kann es auftreten. Beispielsweise werden innerhalb der Sterne kontinuierlich schwerere Elemente aus leichten Elementen gebildet, da sich der Sternkern wie ein Fusionsreaktor verhält.

Und genau hier auf der Erde gibt es das Phänomen des radioaktiven Zerfalls, bei dem einige instabile Atome Nukleonen ausstoßen und Energie abgeben, die sich in andere Elemente umwandelt.

Schließlich besteht die Möglichkeit, dass ein Atom eines bestimmten Elements eine andere Massenzahl hat, in diesem Fall ist es ein Isotop.

Ein gutes Beispiel ist der bekannte Kohlenstoff-14 oder Radiokohlenstoff, der zur Datierung archäologischer Objekte und als biochemischer Tracer verwendet wird. Es ist der gleiche Kohlenstoff mit identischen chemischen Eigenschaften, aber mit zwei zusätzlichen Neutronen.

Kohlenstoff-14 ist weniger häufig als Kohlenstoff-12, das stabile Isotop, und es ist auch radioaktiv. Dies bedeutet, dass es im Laufe der Zeit zerfällt und Energie und Partikel abgibt, bis es zu einem stabilen Element wird, das in seinem Fall Stickstoff ist.

Kohlenstoffisotope

Kohlenstoff existiert in der Natur als Mischung mehrerer Isotope, von denen das am häufigsten vorkommende das ¹² ₆ C oder Kohlenstoff-12 ist. Zusätzlich zu Kohlenstoff-14 gibt es ¹³ ₆ C mit einem zusätzlichen Neutron.

Dies ist in der Natur üblich, beispielsweise sind 10 stabile Isotope von Zinn bekannt. Im Gegensatz dazu ist von Beryllium und Natrium nur ein einziges Isotop bekannt.

Jedes natürliche oder künstliche Isotop hat eine andere Transformationsrate. Auf die gleiche Weise ist es möglich, im Labor künstliche Isotope zu erzeugen, die im Allgemeinen instabil sind und in einem sehr kurzen Zeitraum von Sekundenbruchteilen radioaktiv zerfallen, während andere viel länger dauern, solange das Alter der Erde oder länger.

Tabelle der natürlichen Isotope von Kohlenstoff

Kohlenstoffisotope	Ordnungszahl Z.	Massennummer A.	Fülle%
12 6 C.	6	12	98,89
13 6 C.	6	13	1.11
14 6 C.	6	14	Spuren

Arbeitsbeispiele

- Beispiel 1

Was ist der Unterschied zwischen ¹³ ₇ N und ¹⁴ ₇ N?

Antworten

Beide sind Stickstoffatome, da ihre Ordnungszahl 7 beträgt. Eines der Isotope, das mit A = 13, hat jedoch ein Neutron weniger, während ¹⁴ ₇ N das am häufigsten vorkommende Isotop ist.

- Beispiel 2

Wie viele Neutronen befinden sich im Kern eines Quecksilberatoms, bezeichnet als ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Antworten

Da A = 201 und Z = 80, und auch zu wissen, dass:

A = Z + N.

N = A - Z = 201 - 80 = 121

Und es wird geschlossen, dass das Quecksilberatom 121 Neutronen hat.

Verweise

1. Connor, N. Was ist Nucleon - Struktur des Atomkerns - Definition. Wiederhergestellt von: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Physik für Wissenschaftler und Ingenieure: ein strategischer Ansatz. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Universitätsphysik mit moderner Physik. 14 .. Ed. Band 2.
4. Tippens, P. 2011. Physik: Konzepte und Anwendungen. 7. Auflage. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Massenzahl. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org.