Атомна маса — определение, единици (u), изотопи и масово число

Атомна маса: как се измерва в u, разлика от масовото число, ролята на изотопите и практични примери (C-12, Cl-35/37) — ясно и кратко обяснение.

Атомната маса (символ: m_a) е масата на един атом от даден химичен елемент. Тази маса включва масите на трите основни субатомни частици, които изграждат атома: протони, неутрони и електрони. Тъй като масите на отделните частици и енергията на свързване в ядрото влияят на крайната стойност, атомната маса не винаги съвпада точно с простата сума от броя на протоните и неутроните.

Единица за атомна маса (u)

Поради много малките стойности на масите на отделните атоми, масите обикновено се изразяват в унифицирани единици за атомна маса (символ на единицата: u, също наричана dalton, Da). Една единица атомна маса е дефинирана като 1/12 от масата на един атом въглерод-12. Това дава удобна скала, при която атомът на въглерод-12 има маса точно 12 u. В килограми 1 u е приблизително 1,66053906660×10⁻²⁷ kg.

Масово число и изотопи

Масовото число (символ: A) на атома е сумата от броя на протоните и броя на неутроните в ядрото. Масовите числа са цели числа и нямат единици. Например атом с 6 протона и 6 неутрона има масово число A = 12.

Повечето елементи се срещат като смеси от атоми с един и същ брой протони, но различен брой неутрони. Всеки такъв вариант се нарича изотоп. Пример: елементът хлор има два често срещани изотопа — хлор-35 и хлор-37. И двата имат 17 протона; хлор-35 има 18 неутрона (A = 35), а хлор-37 има 20 неутрона (A = 37). Всяка от тези разновидности има своя собствена атомна маса, наричана изотопна маса.

Относителна атомна маса (атомно тегло) и средна атомна маса

Важно е да се направи разграничение между няколко понятия:

• Изотопна маса — масата на конкретен изотоп (обикновено в u или kg).
• Относителна изотопна маса — безразмерна величина, получена като отношение на масата на изотопа към 1/12 от масата на въглерод-12.
• Относителна атомна маса (понякога наричана атомно тегло) — среднопретеглената стойност на относителните изотопни маси, където тежестите са естествените изотопни относителни изобилия на елемента в природата. Тази стойност също е без единици и често се среща в таблиците на елементите.

Например естественият хлор има относителна атомна маса приближено 35,45 u, защото по-лекият изотоп хлор-35 е по-често срещан (~75,8%), а хлор-37 — по-рядък (~24,2%), и среднопретеглената стойност на техните изотопни маси дава около 35,45.

Защо атомната маса не е точно равна на масовото число

Макар че протоните и неутроните имат маси приблизително 1 u, има няколко причини за отклонения:

• Масов дефект: масата на ядрото обикновено е по-малка от сумата от масите на отделните нуклеони поради отрицателната енергия на свързване (според еквивалента маса–енергия на Айнщайн E = mc²).
• Масата на електроните допринася, но е много по-малка (масата на електрона е около 1/1836 от масата на протона), така че общият ефект върху атомната маса е малък, но не пренебрежим при много прецизни измервания.

Поради тези фактори атомната маса на даден изотоп често се различава от най-близкото цяло (масовото число) с няколко стотни до няколко десети от единица.

Как се измерва атомната маса

Атомните и изотопните маси се определят с висока прецизност чрез масспектрометрия и други експериментални методи. Резултатите се изразяват в u или като относителни величини в сравнение с 1/12 от масата на въглерод-12. За повечето практически приложения в химията и физиката се използват стойности от международни таблици (например CODATA и IUPAC), които дават стандартизирани относителни атомни маси и изотопни маси.

Кратко резюме

• Атомната маса е действителната маса на отделен атом и може да се изрази в u или kg.
• 1 u = 1/12 от масата на атом на въглерод-12 (прибл. 1,66053906660×10⁻²⁷ kg).
• Масовото число A = брой протони + брой неутрони е цяло число и не е еднакво с атомната маса.
• Изотопите на един елемент имат различни изотопни маси; относителната атомна маса на елемента е среднопретеглена стойност, зависяща от изотопните изобилия.

Въпроси и отговори

В: Какво е атомна маса?

В: Как се изразява атомната маса?

Въпрос: Каква е масата на един атом въглерод-12?

Въпрос: Какво определя какъв елемент е един атом?

В: Какво представляват изотопите?

В: Каква е разликата между атомна маса и масово число ?

Търсене по буква