จำนวนมวล: มันคืออะไรและจะรับได้อย่างไร (พร้อมตัวอย่าง) - กายภาพ - 2025

เลขมวลหรือมวลจำนวนของอะตอมคือผลรวมของจำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสที่ อนุภาคเหล่านี้ถูกกำหนดให้ใช้แทนกันด้วยชื่อของนิวคลีออนดังนั้นเลขมวลจึงแสดงถึงจำนวนของพวกมัน

ให้ N เป็นจำนวนนิวตรอนที่มีอยู่และ Z เป็นจำนวนโปรตอนถ้าเราเรียก A เป็นเลขมวลดังนั้น:

A = N + Z

รูปที่ 1. รัศมีมีเลขมวล A = 226 สลายตัวเป็นเรดอนด้วย A = 222 และปล่อยนิวเคลียสของฮีเลียมเป็น A = 4 ที่มา: Wikimedia Commons PerOX

ตัวอย่างของเลขมวล

นี่คือตัวอย่างบางส่วนของจำนวนมวลสำหรับองค์ประกอบที่รู้จักกันดี:

ไฮโดรเจน

อะตอมของไฮโดรเจนที่เสถียรและอุดมสมบูรณ์ที่สุดก็เป็นโปรตอน 1 ตัวและอิเล็กตรอน 1 ตัว เนื่องจากนิวเคลียสของไฮโดรเจนไม่มีนิวตรอนจึงเป็นความจริงที่ A = Z = 1

ออกซิเจน

นิวเคลียสออกซิเจนมี 8 นิวตรอนและ 8 โปรตอนดังนั้น A = 16

คาร์บอน

สิ่งมีชีวิตบนโลกขึ้นอยู่กับเคมีของคาร์บอนซึ่งเป็นอะตอมของแสงที่มีโปรตอน 6 ตัวในนิวเคลียสบวก 6 นิวตรอนดังนั้น A = 6 + 6 = 12

ยูเรเนียม

องค์ประกอบนี้ซึ่งหนักกว่าองค์ประกอบก่อนหน้านี้เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องคุณสมบัติของกัมมันตภาพรังสี นิวเคลียสของยูเรเนียมมีโปรตอน 92 โปรตอน 146 นิวตรอน จากนั้นเลขมวลของมันคือ A = 92 + 146 = 238

จะรับเลขมวลได้อย่างไร?

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เลขมวล A ของธาตุจะสอดคล้องกับผลรวมของจำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอนที่นิวเคลียสมีอยู่เสมอ นอกจากนี้ยังเป็นจำนวนเต็ม แต่ … มีกฎเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณทั้งสองหรือไม่?

มาดูกันว่าองค์ประกอบทั้งหมดที่กล่าวมาข้างต้นเป็นแสงยกเว้นยูเรเนียม อะตอมของไฮโดรเจนนั้นเป็นสิ่งที่ง่ายที่สุด มันไม่มีนิวตรอนอย่างน้อยก็ในรุ่นที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดและในออกซิเจนและคาร์บอนมีโปรตอนและนิวตรอนเท่ากัน

นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นกับธาตุแสงอื่น ๆ เช่นไนโตรเจนซึ่งเป็นก๊าซที่มีความสำคัญต่อชีวิตอีกชนิดหนึ่งซึ่งมีโปรตอน 7 ตัวและนิวตรอน 7 ตัว อย่างไรก็ตามเมื่อนิวเคลียสมีความซับซ้อนมากขึ้นและอะตอมมีน้ำหนักมากขึ้นจำนวนนิวตรอนจะเพิ่มขึ้นในอัตราที่แตกต่างกัน

ซึ่งแตกต่างจากองค์ประกอบของแสงยูเรเนียมที่มีโปรตอน 92 โปรตอนมีจำนวนนิวตรอนประมาณ 1 x 92 = 1.5 x 92 = 138

อย่างที่คุณเห็นมันค่อนข้างใกล้ 146 จำนวนนิวตรอนที่มี

รูปที่ 2. เส้นโค้งเสถียรภาพ ที่มา: F. Zapata

ทั้งหมดนี้เห็นได้ชัดในเส้นโค้งในรูปที่ 2 มันคือกราฟของ N เทียบกับ Z หรือที่เรียกว่าเส้นโค้งเสถียรภาพนิวเคลียร์ คุณจะเห็นว่าอะตอมของแสงมีจำนวนโปรตอนเท่ากับนิวตรอนอย่างไรและจาก Z = 20 จำนวนนิวตรอนเพิ่มขึ้นได้อย่างไร

ด้วยวิธีนี้อะตอมขนาดใหญ่จึงมีเสถียรภาพมากขึ้นเนื่องจากนิวตรอนส่วนเกินจะลดแรงขับไฟฟ้าสถิตระหว่างโปรตอน

สัญกรณ์สำหรับอะตอม

สัญกรณ์ที่มีประโยชน์มากซึ่งอธิบายประเภทของอะตอมได้อย่างรวดเร็วมีดังต่อไปนี้: สัญลักษณ์ของธาตุและเลขอะตอมและมวลตามลำดับจะถูกเขียนดังแสดงด้านล่างในแผนภาพนี้:

รูปที่ 3. สัญกรณ์อะตอม ที่มา: F. Zapata

ในสัญกรณ์นี้อะตอมในตัวอย่างก่อนหน้านี้จะเป็น:

บางครั้งมีการใช้สัญกรณ์อื่นที่สะดวกสบายกว่าซึ่งใช้เฉพาะสัญลักษณ์ของธาตุและเลขมวลเพื่อแสดงถึงอะตอมโดยไม่ต้องใส่เลขอะตอม ด้วยวิธีนี้¹² ₆ C เขียนง่ายๆว่าคาร์บอน -12, ¹⁶ ₈ O จะเป็นออกซิเจน -16 และอื่น ๆ สำหรับองค์ประกอบใด ๆ

ไอโซโทป

จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสกำหนดลักษณะขององค์ประกอบ ตัวอย่างเช่นทุกอะตอมที่มีนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอน 29 ตัวเป็นอะตอมทองแดงไม่ว่าจะเป็นอย่างไร

สมมติว่าอะตอมของทองแดงสูญเสียอิเล็กตรอนไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ยังคงเป็นทองแดง อย่างไรก็ตามตอนนี้มันเป็นอะตอมที่แตกตัวเป็นไอออน

มันยากกว่าที่นิวเคลียสของอะตอมจะได้รับหรือสูญเสียโปรตอน แต่โดยธรรมชาติแล้วมันสามารถเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่นภายในดวงดาวธาตุที่หนักกว่าจะถูกสร้างขึ้นอย่างต่อเนื่องจากองค์ประกอบของแสงเนื่องจากนิวเคลียสของดาวฤกษ์จะทำงานเหมือนเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน

และที่นี่บนโลกมีปรากฏการณ์การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีซึ่งอะตอมที่ไม่เสถียรบางส่วนจะขับไล่นิวคลีออนและปล่อยพลังงานออกมาเปลี่ยนเป็นองค์ประกอบอื่น ๆ

ในที่สุดมีความเป็นไปได้ที่อะตอมของธาตุบางชนิดจะมีเลขมวลต่างกันในกรณีนี้ก็คือไอโซโทป

ตัวอย่างที่ดีคือคาร์บอน -14 หรือเรดิโอคาร์บอนที่รู้จักกันดีซึ่งใช้ในการสร้างวัตถุทางโบราณคดีและเป็นตัวติดตามทางชีวเคมี เป็นคาร์บอนชนิดเดียวกันที่มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน แต่มีนิวตรอนพิเศษสองตัว

คาร์บอน -14 มีปริมาณน้อยกว่าคาร์บอน -12 ซึ่งเป็นไอโซโทปที่เสถียรและยังเป็นกัมมันตภาพรังสี นั่นหมายความว่าเมื่อเวลาผ่านไปมันจะสลายตัวปล่อยพลังงานและอนุภาคออกมาจนกลายเป็นองค์ประกอบที่เสถียรซึ่งในกรณีนี้คือไนโตรเจน

ไอโซโทปของคาร์บอน

คาร์บอนมีอยู่ในธรรมชาติโดยเป็นส่วนผสมของไอโซโทปหลายชนิดโดยที่มีอยู่มากที่สุดคือ¹² ₆ C หรือคาร์บอน^-12ดังกล่าวข้างต้น และนอกจากคาร์บอน -14 แล้วยังมี¹³ ₆ C พร้อมนิวตรอนเพิ่มเติม

นี่เป็นเรื่องธรรมดาในธรรมชาติเช่น 10 ไอโซโทปเสถียรที่รู้จักกันในดีบุก ในทางตรงกันข้ามเบริลเลียมและโซเดียมมีเพียงไอโซโทปเดียวเท่านั้นที่รู้จักกัน

แต่ละไอโซโทปธรรมชาติหรือเทียมมีอัตราการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกัน ในทำนองเดียวกันก็เป็นไปได้ที่จะสร้างไอโซโทปเทียมในห้องปฏิบัติการซึ่งโดยทั่วไปจะไม่เสถียรและสลายตัวกัมมันตภาพรังสีในช่วงเศษเสี้ยววินาทีสั้น ๆ ในขณะที่บางส่วนใช้เวลานานกว่ามากตราบเท่าอายุของโลกหรือนานกว่านั้น

ตารางไอโซโทปธรรมชาติของคาร์บอน

ไอโซโทปของคาร์บอน	เลขอะตอม Z	มวล A	ความอุดมสมบูรณ์%
12 6 C	6	12	98.89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	ร่องรอย

ตัวอย่างการทำงาน

- ตัวอย่าง 1

อะไรคือความแตกต่างระหว่าง¹³ ₇ N และ¹⁴ ₇ N?

ตอบ

ทั้งสองเป็นอะตอมของไนโตรเจนเนื่องจากเลขอะตอมคือ 7 อย่างไรก็ตามหนึ่งในไอโซโทปอันที่มี A = 13 มีนิวตรอนน้อยกว่าหนึ่งตัวในขณะที่¹⁴ ₇ N เป็นไอโซโทปที่อุดมสมบูรณ์ที่สุด

- ตัวอย่าง 2

นิวเคลียสของอะตอมของปรอทมีนิวตรอนจำนวนเท่าใดซึ่งแสดงว่า²⁰¹ ₈₀ Hg?

ตอบ

ตั้งแต่ A = 201 และ Z = 80 และรู้ด้วยว่า:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

และสรุปได้ว่าอะตอมของปรอทมี 121 นิวตรอน

อ้างอิง

1. Connor, N. นิวคลีออนคืออะไร - โครงสร้างของนิวเคลียสอะตอม - คำจำกัดความ สืบค้นจาก: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017 Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach. เพียร์สัน
3. เซียร์เซมันสกี้ 2559. ฟิสิกส์มหาวิทยาลัยกับฟิสิกส์สมัยใหม่. 14. ฉบับที่ 2.
4. Tippens, P. 2011. Physics: Concepts and Applications. ฉบับที่ 7 McGraw Hill
5. วิกิพีเดีย จำนวนมวล. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org.