MASSA NUMMER: WAT HET IS EN HOE HET TE KRIJGEN (MET VOORBEELDEN) - FYSIEK - 2025

Het massagetal of massagetal van een atoom is de som van het aantal protonen en het aantal neutronen in de kern. Deze deeltjes worden door elkaar aangeduid met de naam van nucleonen, daarom staat het massagetal voor de hoeveelheid ervan.

Laat N het aantal aanwezige neutronen zijn en Z het aantal protonen, als we A het massagetal noemen, dan:

A = N + Z

Figuur 1. De straal heeft massagetal A = 226, vervalt tot radon met A = 222, en zendt een heliumkern van A = 4 uit. Bron: Wikimedia Commons. PerOX

Voorbeelden van massagetallen

Hier zijn enkele voorbeelden van massagetallen voor bekende elementen:

Waterstof

Het meest stabiele en overvloedige waterstofatoom is ook het eenvoudigste: 1 proton en een elektron. Omdat de waterstofkern geen neutronen heeft, is het waar dat A = Z = 1.

Zuurstof

Een zuurstofkern heeft 8 neutronen en 8 protonen, dus A = 16.

Koolstof

Het leven op aarde is gebaseerd op de chemie van koolstof, een licht atoom met 6 protonen in de kern plus 6 neutronen, dus A = 6 + 6 = 12.

Uranium

Dit element, veel zwaarder dan de vorige, staat bekend om zijn radioactieve eigenschappen. De uraniumkern heeft 92 protonen en 146 neutronen. Het massagetal is dan A = 92 + 146 = 238.

Hoe het massagetal te krijgen?

Zoals eerder vermeld, komt het massagetal A van een element altijd overeen met de som van het aantal protonen en het aantal neutronen dat de kern bevat. Het is ook een geheel getal, maar … is er een regel met betrekking tot de relatie tussen de twee grootheden?

Even kijken: alle bovengenoemde elementen zijn licht, behalve uranium. Het waterstofatoom is, zoals we al zeiden, het eenvoudigste. Het heeft geen neutronen, althans in de meest voorkomende versie, en in zuurstof en koolstof zijn er evenveel protonen als neutronen.

Het gebeurt ook met andere lichtelementen, zoals stikstof, een ander heel belangrijk gas voor het leven, dat 7 protonen en 7 neutronen heeft. Naarmate de kern echter complexer wordt en de atomen zwaarder, neemt het aantal neutronen met een ander tempo toe.

In tegenstelling tot de lichte elementen heeft uranium, met 92 protonen, ongeveer 1 ½ keer zoveel neutronen: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Zoals je kunt zien, is het vrij dicht bij 146, het aantal neutronen dat het heeft.

Figuur 2. Stabiliteitscurve. Bron: F. Zapata.

Dit alles is duidelijk in de curve in figuur 2. Het is een grafiek van N versus Z, bekend als de nucleaire stabiliteitscurve. Daar kun je zien hoe lichte atomen hetzelfde aantal protonen hebben als neutronen, en hoe vanaf Z = 20 het aantal neutronen toeneemt.

Op deze manier wordt het grote atoom stabieler, aangezien de overmaat aan neutronen de elektrostatische afstoting tussen de protonen vermindert.

Notatie voor atomen

Een zeer nuttige notatie die snel het type atoom beschrijft, is de volgende: het symbool van het element en de respectievelijke atoom- en massagetallen worden geschreven zoals hieronder in dit diagram wordt weergegeven:

Figuur 3. Atoomnotatie. Bron: F. Zapata.

In deze notatie zouden de atomen in de vorige voorbeelden zijn:

Soms wordt een andere, comfortabelere notatie gebruikt, waarbij alleen het symbool van het element en het massagetal worden gebruikt om het atoom aan te duiden, waarbij het atoomnummer wordt weggelaten. Op deze manier wordt ¹² ₆ C eenvoudig geschreven als koolstof-12, ¹⁶ ₈ O zou zuurstof-16 zijn, enzovoort voor elk element.

Isotopen

Het aantal protonen in een kern bepaalt de aard van het element. Elk atoom waarvan de kern 29 protonen bevat, is bijvoorbeeld een koperatoom, wat er ook gebeurt.

Stel dat een koperatoom om wat voor reden dan ook een elektron verliest, dan is het nog steeds koper. Nu is het echter een geïoniseerd atoom.

Het is voor een atoomkern moeilijker om een ​​proton te krijgen of te verliezen, maar in de natuur kan het voorkomen. Binnenin de sterren worden bijvoorbeeld continu zwaardere elementen gevormd uit lichte elementen, aangezien de stellaire kern zich gedraagt ​​als een fusiereactor.

En precies hier op aarde is er het fenomeen van radioactief verval, waarbij sommige onstabiele atomen nucleonen verdrijven en energie uitzenden, en transformeren in andere elementen.

Tenslotte bestaat de mogelijkheid dat een atoom van een bepaald element een ander massagetal heeft, in dit geval is het een isotoop.

Een goed voorbeeld is de bekende koolstof-14 of radiokoolstof, die wordt gebruikt om archeologische objecten te dateren en als biochemische tracer. Het is dezelfde koolstof, met identieke chemische eigenschappen, maar met twee extra neutronen.

Koolstof-14 is minder overvloedig dan koolstof-12, de stabiele isotoop, en het is ook radioactief. Dit betekent dat het na verloop van tijd vervalt en energie en deeltjes afgeeft totdat het een stabiel element wordt, wat in zijn geval stikstof is.

Koolstofisotopen

Koolstof komt in de natuur voor als een mengsel van verschillende isotopen, waarvan de bovengenoemde ¹² ₆ C of koolstof-12 de meest voorkomende is . En naast koolstof-14 is er ¹³ ₆ C met een extra neutron.

Dit komt veel voor in de natuur, er zijn bijvoorbeeld 10 stabiele isotopen van tin bekend. Daarentegen is van beryllium en natrium slechts één isotoop bekend.

Elke isotoop, natuurlijk of kunstmatig, heeft een andere transformatiesnelheid. Op dezelfde manier is het mogelijk om in het laboratorium kunstmatige isotopen te maken, die over het algemeen onstabiel zijn en radioactief vervallen in een zeer korte periode van fracties van een seconde, terwijl andere veel langer duren, zo lang als de leeftijd van de aarde of langer.

Tabel met natuurlijke isotopen van koolstof

Koolstofisotopen	Atoomnummer Z	Massa nummer A	Overvloed%
12 6 C	6	12	98.89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	Sporen

Uitgewerkte voorbeelden

- Voorbeeld 1

Wat is het verschil tussen ¹³ ₇ N en ¹⁴ ₇ N?

Antwoord

Beide zijn stikstofatomen, aangezien hun atoomnummer 7 is. Een van de isotopen, die met A = 13, heeft echter één neutron minder, terwijl ¹⁴ ₇ N de meest voorkomende isotoop is.

- Voorbeeld 2

Hoeveel neutronen zijn er in de kern van een kwikatoom, aangeduid als ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Antwoord

Omdat A = 201 en Z = 80, en ook wetende dat:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

En er wordt geconcludeerd dat het kwikatoom 121 neutronen heeft.

Referenties

1. Connor, N. Wat is Nucleon - Structuur van atoomkern - Definitie. Hersteld van: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e. Ed. Deel 2.
4. Tippens, P. 2011. Fysica: concepten en toepassingen. 7e editie. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Massagetal. Hersteld van: en.wikipedia.org.