Kütle Numarası

Atom kütle numarası veya nükleon numarası olarak da adlandırılan kütle numarası (sembolü A ), bir atom çekirdeğindeki toplam proton ve nötron sayısıdır (birlikte nükleon olarak bilinir). Atom kütle birimlerinde ifade edilen atomun atomik (izotopik olarak da bilinir) kütlesine yaklaşık olarak eşittir. Protonlar ve nötronların her ikisi de baryon olduğundan, kütle numarası A, tüm atom veya iyon olarak çekirdek itibariyle baryon numarası B ile aynıdır. Kimyasal elementin her farklı izotopu için kütle numarası farklıdır. Bu nedenle, kütle numarası ile atom numarası Z arasındaki fark, belirli bir çekirdekteki nötron sayısını (N) verir: N = A - Z.

Kütle numarası, element adından sonra veya bir elementin sembolünün soluna bir üst simge olarak yazılır. Örneğin, karbonun en yaygın izotopu, 6 proton ve 6 nötron içeren karbon-12 veya ¹²C'dir. Tam izotop sembolü ayrıca, element sembolünün solunda, doğrudan kütle numarası 12
6C
'nin altında bir alt simge olarak atom numarasına (Z) sahip olacaktır.

Radyoaktif bozunmada kütle numarası değişiklikleri

Fajans ve Soddy'nin radyoaktif yer değiştirme yasasına göre, farklı radyoaktif bozunma türleri, kütle sayısındaki ve atom numarasındaki değişikliklerle karakterize edilir. Örneğin, uranyum-238 genellikle, çekirdeğin bir alfa parçacığı şeklinde iki nötron ve iki proton kaybettiği alfa bozunmasıyla bozulur. Böylece atom numarası ve nötron sayısının her biri 2 (Z: 92 → 90, N: 146 → 144) azalır, öyle ki kütle numarası 4 (A = 238 → 234) azalır; sonuç bir toryum-234 atomu ve bir alfa parçacığıdır 4
2He2+
):

238 92U

→

234 90Th

+

4 2He2+

Öte yandan, karbon-14, beta bozunmasıyla bozulur, burada bir nötron, bir elektron ve bir antinötrino emisyonuyla bir protona dönüştürülür. Böylece atom numarası 1 artar (Z: 6 → 7) ve kütle numarası aynı kalır (A = 14), nötron sayısı 1 (N: 8 → 7) azalır. Ortaya çıkan atom, yedi proton ve yedi nötron içeren nitrojen-14'tür:

14 6C

→

14 7N

+

e−

+

ν e

Beta bozunması mümkündür, çünkü farklı izobarların birkaç elektron kütlesi düzeninde kütle farklılıkları vardır. Mümkünse, bir çekirdek, daha düşük kütleye sahip bitişik bir izobara beta bozunmasına uğrayacaktır. Diğer bozunma modlarının yokluğunda, en düşük atomik kütleye sahip izobarda bir dizi beta bozunması sona erer.

Kütle numarasında değişiklik olmayan başka bir radyoaktif bozunma türü, bir nükleer izomerden veya bir atom çekirdeğinin yarı kararlı uyarılmış durumundan bir gama ışını emisyonudur. Bu süreçte tüm protonlar ve nötronlar çekirdekte değişmeden kaldığından, kütle numarası da değişmez.

Kütle numarası ve izotopik kütle

Kütle numarası, atom kütle birimleri (u) cinsinden ölçülen izotopik kütlenin bir tahminini verir. ¹²C için, izotopik kütle tam olarak 12'dir, çünkü atomik kütle birimi ¹²C kütlesinin 1/12'si olarak tanımlanır. Diğer izotoplar için, izotopik kütle genellikle kütle numarasının 0.1 u içindedir. Örneğin, ³⁵Cl (17 proton ve 18 nötron) kütle numarası 35 ve izotopik kütlesi 34.96885'tir. Bir atomun kütle numarası ile izotopik kütlesi arasındaki fark, kütle fazlalığı olarak bilinir. Kütle fazlalığı, bir atomun kütlesi ile onu oluşturan parçacıkları (yani protonlar, nötronlar ve elektronlar) arasındaki fark olan kütle kusuru ile karıştırılmamalıdır.

Bir elementin bağıl atom kütlesi

Kütle numarası, bir elementin farklı izotoplarının ortalama atomik kütlesinin (bollukla ağırlıklandırılmış) birleşik atomik kütle birimine oranı olan bir elementin standart atom ağırlığı (atom ağırlığı da denir) ile karıştırılmamalıdır. Atom ağırlığı gerçek bir kütledir (göreceli olarak yapılır, yani bir oran), oysa kütle numarası sayılan bir sayıdır (ve dolayısıyla bir tam sayıdır).

Bu ağırlıklı ortalama, tek tek izotopik kütleler için tam sayıya yakın değerlerden oldukça farklı olabilir. Örneğin, klorun iki ana izotopu vardır: klor-35 ve klor-37. Kütle ayrımına tabi tutulmamış herhangi bir klor numunesinde kabaca klor-35 olan klor atomlarının %75'i ve klor-37 olan klor atomlarının sadece %25'i olacaktır. Bu, klora 35.5'lik (aslında 35.4527 g/mol) nispi bir atomik kütle verir.

Dahası, ağırlıklı ortalama kütle tam sayıya yakın olabilir, ancak aynı zamanda herhangi bir doğal izotopun kütlesine karşılık gelmeyebilir. Örneğin, bromun yalnızca iki kararlı izotopu vardır, ⁷⁹Br ve ⁸¹Br, yaklaşık olarak eşit fraksiyonlarda doğal olarak bulunur, bu da ⁸⁰Br izotopunun kararsız olmasına rağmen, 80'e yakın standart atomik brom kütlesine (79.904 g/mol) yol açar.