Jak odczytać liczbę masową pierwiastka z układu okresowego?
Nie można bezpośrednio odczytać liczby masowej z typowego układu okresowego. Podana w nim wartość to średnia masa atomowa pierwiastka, a nie liczba masowa konkretnego izotopu. Liczbę masową oznacza się symbolem A i wyznacza jako sumę protonów oraz neutronów w jądrze.
Czy liczba masowa znajduje się w układzie okresowym?
Standardowy układ okresowy opisuje pierwiastki, a nie pojedyncze ich izotopy. Przy symbolu pierwiastka znajdziesz zwykle liczbę atomową oraz wartość nazywaną masą atomową. W rzeczywistości ta druga liczba jest najczęściej średnią masą atomową, czyli średnią ważoną mas wszystkich naturalnie występujących izotopów danego pierwiastka.
Liczba masowa dotyczy natomiast konkretnego nuklidu, czyli określonej odmiany izotopowej. Jeśli w zadaniu nie podano izotopu, liczby neutronów albo liczby masowej, nie da się jej ustalić wyłącznie na podstawie zwykłego układu okresowego.
Liczba masowa, atomowa i masa atomowa – czym się różnią?
Podobne nazwy łatwo pomylić, ale każde z tych pojęć opisuje inną właściwość atomu lub pierwiastka:
| Pojęcie | Co oznacza? | Wartość | Źródło |
|---|---|---|---|
| Liczba atomowa (Z) | Liczba protonów w jądrze atomu | Liczba całkowita, bez jednostki | Układ okresowy |
| Liczba masowa (A) | Suma protonów i neutronów w jądrze konkretnego izotopu | Liczba całkowita, bez jednostki | Dane o izotopie lub treść zadania |
| Masa atomowa | Masa konkretnego atomu danego izotopu | Wartość wyrażona w unitach (u) | Tablice chemiczne lub dane izotopowe |
| Średnia masa atomowa | Średnia ważona mas izotopów danego pierwiastka | Zwykle liczba dziesiętna, w u | Układ okresowy |
Liczba masowa jest liczbą całkowitą, ponieważ wynika z liczby konkretnych cząstek w jądrze. Można ją zapisać wzorem A = Z + N, gdzie Z oznacza liczbę protonów, a N – liczbę neutronów. Nie występuje tu jednostka, ponieważ A nie jest masą, lecz liczbą nukleonów.
W zapisie izotopu liczba masowa znajduje się u góry po lewej stronie symbolu pierwiastka, a liczba atomowa na dole po lewej. Na przykład zapis 126C oznacza atom węgla mający 6 protonów i łącznie 12 nukleonów, czyli także 6 neutronów.
Dlaczego średnia masa atomowa nie jest liczbą masową?
Ten sam pierwiastek może występować jako kilka izotopów. Mają one taką samą liczbę protonów, lecz różną liczbę neutronów, a więc także różne liczby masowe. Średnia masa atomowa uwzględnia masy tych izotopów oraz ich naturalne udziały procentowe.
Dobrym przykładem jest chlor, którego średnia masa atomowa wynosi około 35,45 u. Zaokrąglenie tej wartości daje 35, ale nie oznacza, że każdy atom chloru ma liczbę masową 35. Naturalny chlor zawiera przede wszystkim izotopy o liczbach masowych 35 i 37. Liczba 35,45 jest wynikiem uśrednienia, a nie liczbą nukleonów w pojedynczym jądrze.
Z tego samego powodu zaokrąglenie wartości z układu okresowego nie zawsze prowadzi do liczby masowej istniejącego izotopu. W przypadku bromu średnia masa atomowa jest bliska 79,90 u, lecz naturalne izotopy mają liczby masowe 79 i 81. Zaokrąglone 80 nie opisuje żadnego z nich.
Kiedy zaokrąglenie może wskazać liczbę masową?
Wyjątkiem są pierwiastki mononuklidowe, które w przyrodzie występują praktycznie jako jeden naturalny nuklid. W ich przypadku średnia masa atomowa jest bardzo bliska liczbie masowej tego nuklidu. Do przykładów należą:
- F – fluor
- Na – sód
- Al – glin
- P – fosfor
- Sc – skand
- Mn – mangan
- Co – kobalt
- As – arsen
- Y – itr
- Nb – niob
- Rh – rod
- I – jod
- Cs – cez
- Pr – prazeodym
- Tb – terb
- Ho – holm
- Tm – tul
- Au – złoto
- Bi – bizmut
To jednak wyjątek, a nie reguła dla wszystkich pierwiastków. Sama wartość bliska liczbie całkowitej nie wystarcza, by bez dodatkowej informacji stwierdzić, że pierwiastek jest mononuklidowy.
Jak ustalić liczbę neutronów?
Jeżeli znasz liczbę masową konkretnego izotopu, liczbę neutronów obliczysz w trzech krokach:
- Znajdź liczbę masową A w treści zadania lub zapisie izotopu.
- Odczytaj liczbę atomową Z z układu okresowego.
- Oblicz liczbę neutronów ze wzoru N = A – Z.
Na przykład dla izotopu 23Na liczba atomowa sodu wynosi 11, więc liczba neutronów to 23 – 11 = 12. Z układu okresowego można odczytać Z, ale A musi wynikać z informacji o konkretnym izotopie.
Najważniejsze rozróżnienie jest proste: układ okresowy podaje liczbę atomową i średnią masę atomową, natomiast liczba masowa należy do konkretnego izotopu i wymaga znajomości liczby protonów oraz neutronów.
