UNITATEA DE CARBON
În tabelele cu elemente moderne, toate valorile lui Ar sunt date în unități de carbon, iar dacă în natură acest element este prezent ca un amestec de izotopi, atunci este dat masa lor medie. Dar dacă oxigenul natural # 150; este un amestec de 16 О, 17 О și 18 О, atunci de ce masa sa atomică relativă este mai mică de 16? Poate oxigenul are izotopi mai ușori? Formal este # 150; acestea sunt 11 О, 12 О, 13 О, 14 О și 15 О, dar toate sunt puternic radioactive (cel mai lung timp de înjumătățire # 150; 124 secunde), nu se găsesc în natură și, prin urmare, nu pot contribui la cea mai mică contribuție la masa atomică de oxigen. Apropo, oxigenul este cunoscut pentru izotopi și cu numere de masă mai mari de 18 # 150; până la 24 ° C, dar, de asemenea, practic nu apar în natură (timpul de înjumătățire al celor mai în viață # 150; 19 O este de 27 s). Masele atomice ale nuclidelor individuale sunt cunoscute cu precizie foarte mare. De exemplu, pentru doi izotopi naturali de clor, Ar = 34,96885272 și 36,96590262. De ce nu sunt întregi (deși aproape de ei)?
Pentru a înțelege de ce este așa, să comparăm fosta unitate fizică de oxigen și unitatea de carbon curentă. S-ar părea că acestea ar trebui să fie exact la fel, deoarece unitățile de determinare, înainte de masă atomică 16 O (în ea 8 protoni, 8 neutroni și 8 electroni), împărțit la 16, iar acum masa atomica 12 C (în ea 6 protoni, 6 neutroni și 6 electroni) sunt împărțiți la 12. Prin urmare, dacă se desemnează masa de protoni mp. masa de neutroni și masa de electroni. apoi regulile aritmetice, ar trebui să ajungă la unitățile de oxigen (8MP + 8mn + 8me) / 16 = 1/2 (mp + mn + mi) și pentru unitățile de carbon (6mp + 6mn + 6me) / 12 = 1/2 (mp + mn + me), adică aceeași valoare.
Totuși, în realitate, totul nu este așa: a douăsprezecea parte a masei atomului de 12 C este mai mare decât cea de-a șaisprezecea parte a lui 16 O! Acest lucru se explică prin faptul că aritmetica "nu funcționează" atunci când nucleele sunt formate din protoni și neutroni individuali. Atunci când nucleonii se îmbină într-un nucleu solid, se eliberează o cantitate imensă de energie; în conformitate cu ecuația lui Einstein E = mc 2. energia eliberată „poartă“ cu o parte a masei, și masa noului atom nu este egal cu suma maselor componentelor sale. Această diferență, numită defect de masă, poate constitui o fracțiune semnificativă a masei nucleelor # 150; pentru unii atomi de aproximativ 1%! Mai mult decât atât, "pierde în greutate" când formează atomi cu un număr de masă de aproximativ 50 (mijlocul rândului 4 al elementelor din tabelul periodic). Înainte de aceste elemente, defectul de masă crește odată cu creșterea numărului atomic # 150; treptat cade.
Pentru a ilustra defectul de masă, rezumăm masele restului de electroni, protoni și neutroni, de exemplu, pentru un atom de 4 He. În nucleul acestui atom de heliu sunt doi protoni și doi neutroni și pe coajă de electroni # 150; 2 electroni. Total obține: 2MP + 2mn + 2me = 2 x 2 + 1.007276 B 1.008665 + 0.000549 × 2 „4.03298 (toate valorile sunt date în unități atomice de masă moderne, adică unități de carbon). Dar, de fapt, masa atomului 4 este egală cu 4.00260, adică diferă de "calculat" deja în al doilea semn după punct zecimal. Acum nu pare surprinzător faptul că masele exacte ale celor trei izotopi de oxigen în unități de carbon sunt respectiv 15.99491; 16.99913 și 17.99916 și nu este egal cu numărul de masă (adică 16, 17 și 18), iar greutatea medie a acestor izotopi în ceea ce privește prevalența acestora în natură doar egal cu 15.9994.
Pe baza defectului de masă, este ușor să explicăm încă o "ciudățenie" în masele atomice relative ale elementelor. Este cunoscut faptul că hidrogenul naturale reprezentat de doi izotopi stabili cu numere de masă 1 și 2 (1 99.985% 0.015% H 2 și H) nu pare atât de surprinzător că Ar (H) cu puțin mai mare decât 2. Heliul naturală conține, de asemenea, cei doi izotopi stabili cu numere de masă 3 și 4, cu heliu-4 în natură doar 0,000137%. Cu toate acestea, pentru un amestec de izotopi de heliu natural, Ar (He) nu este mai mic, dar mai mare de 4! Ideea este aici. Pentru elementele luminoase, cu cât este mai mare nucleul, cu atât mai mulți nucleoni din el, cu atât este mai mare defectul de masă. Prin urmare, pentru atomii de carbon, defectul de masă # 150; intermediar între heliu și oxigen. În același timp, prin acord, masa nucleului 12 C este presupusă a fi egală cu 12 0000 exact, fără a ține cont de defectul masic pentru acest nucleu. Se pare că masa exactă atomică relativă pentru 4 He (este egală cu 4.00260) se abate de la numărul său de masă (4) într-o direcție, iar pentru 16 O # 150; în celălalt.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: