عدد جرمی چیست و چه تفاوتی با جرم اتمی دارد؟
عدد جرمی که با نماد A نشان داده می شود به عنوان جرم اتمی یا عدد نوکلئون نیز نامیده می شود و به تعداد کل پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم اشاره دارد.
عدد جرمی تقریباً برابر با جرم اتمی یک اتم یا همان یکای جرم اتمی (amu) است. این موارد در مبحث عدد جرمی چیست علوم هفتم شرح داده شده است.
لازم به ذکر است که A برای ایزوتوپ های مختلف یک عنصر شیمیایی متفاوت از عدد جرمی خود اتم است. از این رو ، تفاوت بین عدد جرمی A و عدد اتمی Z ، تعداد نوترون (N) را در یک هسته اتم مشخص می کند. عدد جرمی معمولا بعد از نام عنصر به شکل بالانویس در قسمت چپ نماد یک عنصر نوشته می شود برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه با این مقاله از نشریه جهان شیمی فیزیک همراه ما باشید.
تاریخچه کشف عدد جرمی
اوائل قرن نوزدهم جان دالتون طی آزمایشاتی وزن اتمی برخی از عناصر را تعیین کرد که اساس توسعه جدول مندلیف بود. این وزن های اتمی بر اساس مقایسه با وزن اتمی هیدروژن بدست آمده بودند زیرا دانشمندان در آن زمان فرض می کردند که وزن یک اتم برابر با وزن پروتون است و الکترون هیچ نقشی در وزن اتمی عنصر ندارند.
پس از آن ارنست رادرفورد نشان داد که بخش عمده جرم اتم در هسته آن متمرکز شده که شامل پروتون و نوترون است و A نیز مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم است. بنابراین برای محاسبه آن به سادگی می توان تعداد نوترون ها را با تعداد پروتون ها (عدد اتمی) جمع کرد.
فرمول تعیین عدد جرمی
همانطور که گفته شد برای تعیین عدد جرمی می توان از عدد اتمی و تعداد نوترون ها استفاده کرد:
تعداد نوترن + عدد اتمی = A
بر اساس این فرمول با دانستن A و عدد اتمی می توان تعداد نوترون های یک اتم را محاسبه کرد که فرمول آن در زیر آمده است.
عدد اتمی – A = تعداد نوترون‌ها
تفاوت عدد جرمی و جرم اتمی چیست؟
همانطور که شرح داده شد A مجموع پروتون ها و نوترون ها در هسته یک اتم است اما جرم اتمی به میانگین تعداد پروتون ها و نوترون های کل ایزوتوپ های یک عنصر اشاره دارد که معمولا یک عدد غیرصحیح است. کشف ایزوتوپ های مختلف برای عناصر مختلف در هر زمانی می تواند جرم اتمی را تاحدودی تغییردهد.
رابطه بین عدد جرم و جرم ایزوتوپی
عدد جرمی تخمینی از جرم ایزوتوپی اندازه گیری شده در واحدهای جرم اتمی (u) را نشان می دهد. برای ۱۲C ، جرم ایزوتوپی دقیقاً ۱۲ است ، زیرا واحد A به عنوان ۱/۱۲جرم ۱۲ C تعریف شده است. برای سایر ایزوتوپ ها ، جرم ایزوتوپی معمولاً u 0.1 از عدد جرمی است.
به عنوان مثال ۳۵CL ( ۱۷ پروتون و ۱۸ نوترون) دارای عدد جرمی ۳۵ و جرم ایزوتوپی ۳۴.۹۶۸۸۵ است. اختلاف جرم ایزوتوپی واقعی منهای A یک اتم به عنوان مازاد جرم شناخته می شود ، که برای ۳۵CL برابر با۰.۰۳۱۱ – است. این اضافه جرم را نباید با نقص جرمی که اختلاف بین جرم یک اتم و ذرات تشکیل دهنده آن است (یعنی پروتون ها ، نوترون ها و الکترون ها) اشتباه گرفت.
دو دلیل برای جرم مازاد وجود دارد:
۱- نوترون کمی سنگین تر از پروتون است. این باعث افزایش جرم هسته هایی با تعداد بیشتری نوترون نسبت به پروتون در مقیاس واحد جرم اتمی بر اساس ۱۲ C با تعداد برابر پروتون و نوترون می شود.
۲- انرژی پیوند هسته ای بین هسته ها متفاوت است. یک هسته با انرژی پیوندی بزرگتر دارای انرژی توتال کمتری است و بنابراین با توجه به معادله جرم و انرژی انیشتین E = mc2 ، جرم کمتری دارد. برای ۳۵CL جرم ایزوتوپی کمتر از ۳۵ است بنابراین این باید عامل غالب باشد.
جرم اتمی نسبی یک عنصر
عدد جرمی را همچنین نباید با وزن اتمی استاندارد یک عنصر (که به آن وزن اتمی نیز گفته می شود) و نسبت متوسط جرم اتمی ایزوتوپ های مختلف آن عنصر اشتباه گرفت. وزن اتمی یک جرم واقعی است در حالی که عدد جرمی یک عدد محاسبه شده و بنابراین یک عدد صحیح است.
این میانگین وزنی می تواند با مقادیر نزدیک به عدد صحیح به صورت جداگانه برای جرم های ایزوتوپی متفاوت باشد. به عنوان مثال ، دو ایزوتوپ اصلی برای کلر وجود دارد: کلر -۳۵ و کلر -۳۷ که تقریباً ۷۵٪ از اتم های کلر ، کلر -۳۵ هستند و فقط ۲۵٪ از اتم های کلر ، کلر -۳۷ هستند. بدین ترتیب جرم اتمی نسبی کلر ۳۵.۵ (در واقع ۳۵.۴۵۲۷ گرم در مول) است.
علاوه بر این ، جرم متوسط وزنی می تواند نزدیک به عدد صحیح باشد ، اما در عین حال با جرم هیچ ایزوتوپ طبیعی مطابقت ندارد. به عنوان مثال ، برم فقط دو ایزوتوپ پایدار دارد ، ۷۹Br و ۸۱Br که به طور طبیعی در کسری تقریباً برابر وجود دارد که منجر به جرم اتمی استاندارد برم نزدیک به ۸۰ (۷۹.۹۰۴ g / mol) می شود. هرچند ایزوتوپ ۸۰Br با چنین جرمی ناپایدار است.
تغییر عدد جرمی در واپاشی رادیواکتیو
در آزمایشات دیده شده است که Z و A یک عنصر در واپاشی رادیواکتیو تغییر می کند. مثلا طی واپاشی آلفا هسته اورانیوم-۲۳۸ دو نوترون و دو پروتون از دست می دهد بنابراین عدد اتمی و تعداد نوترون آن به میزان ۲ واحد و A به میزان ۴ واحد کاهش می یابد و توریم-۲۳۴ و ذره آلفا تشکیل می شود.
حال اگر کربن-۱۴ دچار واپاشی بتا شود یک نوترون به یک پروتون تبدیل شده و یک الکترون و پاد نوترینو گسیل خواهد شد. بنابراین عدد اتمی ۱ واحد افزایش می یابد ولی عدد جرمی ثابت خواهد ماند. در واقع عدد اتمی برابر با ۷ خواهد شد اما عدد جرمی ۱۴ باقی خواهد ماند و نتیجه این واپاشی اتم نیتروژن – ۱۴ با ۷ پروتون و ۷ نوترون است.
با توضیحات فوق و آَشنایی با عدد اتمی، عدد جرمی و جرم اتمی شما به راحتی می توانید نمونه سوالات عدد اتمی و عدد جرمی شیمی هشتم را با پاسخ دهید.
نماد عدد جرمی
در شیمی، درک مفاهیم اساسی مانند عدد اتمی و عدد جرمی ضروری است. عناصر از اتم ساخته شده اند. اتم را می توان به عنوان کوچکترین واحدی که یک عنصر را می توان تقسیم کرد تعریف کرد. به عبارت دیگر، اتم کوچکترین واحدی است که شبیه خواص شیمیایی و فیزیکی یک عنصر است.
اتم ها از ذرات زیراتمی اساسی، الکترون ها، پروتون ها و نوترون ها ساخته شده اند. این ذرات زیراتمی را می توان به واحدهای بسیار کوچکتر تقسیم کرد. وقتی ذرات زیراتمی را در نظر می گیریم، نوترون ها و پروتون ها در هسته اتم قرار دارند و الکترون ها فضای اطراف هسته را اشغال می کنند.
جرم پروتون ها و نوترون ها تقریباً مشابه هستند و جرم یک الکترون در مقایسه با نوترون و پروتون ناچیز است. این بدان معناست که تقریباً تمام جرم یک اتم در هسته آن متمرکز است. پروتون ها بار مثبت دارند و نوترون ها خنثی هستند. الکترون ها دارای بار منفی هستند و مقدار بار برابر با بار پروتون ها است.
عدد اتمی یک اتم برابر با تعداد پروتون های موجود در هسته اتم است. چون در حالت پایه اتم از نظر الکتریکی خنثی است، عدد اتمی آن نیز برابر با تعداد الکترون های اتم است. عدد اتمی در روش کوتاه نویسی با نماد “Z” نشان داده می شود. عدد جرمی اتم برابر با تعداد کل نوترون ها و پروتون های هسته است. در روش کوتاه نویسی، عدد جرمی با نماد “A” نشان داده می شود.
در جدول تناوبی، عدد جرمی یک اتم را می توان در سمت چپ نماد اتم، در موقعیت رونوشت مشاهده کرد. تعداد پروتون های یک هسته اتم تعیین می کند که اتم کدام عنصر است. برای مثال اتمی با هشت پروتون یک اتم اکسیژن است. با این حال، تعداد نوترون‌ها در یک اتم می‌تواند تا حدودی متفاوت باشد و همان عنصر باقی بماند. این گونه ها ایزوتوپ نامیده می شوند.
