العدد الكتلي

العدد الكتلي (رمزه A ، من الكلمة الألمانية Atomgewicht ، أي "الوزن الذري")، ^{[ 1 ]} ويُسمى أيضًا عدد الكتلة الذرية أو عدد النيوكليونات ، هو العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات (المعروفة معًا بالنيوكليونات ) في نواة الذرة . وهو يُساوي تقريبًا الكتلة الذرية (المعروفة أيضًا بالكتلة النظيرية ) للذرة مُقاسةً بالدالتون . ولأن البروتونات والنيوترونات كلاهما من الباريونات ، فإن العدد الكتلي A يُطابق عدد الباريونات B للنواة (وكذلك للذرة أو الأيون ككل ). يختلف العدد الكتلي لكل نظير من نظائر العنصر الكيميائي ، والفرق بين العدد الكتلي والعدد الذري Z يُعطي عدد النيوترونات ( N ) في النواة ^: N = A − Z. ^{[ 2} ] 

يُكتب العدد الكتلي إما بعد اسم العنصر أو كرقم مرفوع إلى يسار رمز العنصر. على سبيل المثال، النظير الأكثر شيوعًا للكربون هو الكربون-12 ، أو ¹²يحتوي الكربون-12 على 6 بروتونات و6 ^{نيوترونات} . ويحمل رمز النظير الكامل أيضًا العدد الذري ( Z ) كرمز سفلي ^إلى يسار رمز العنصر مباشرةً أسفل العدد الكتلي: ^126C . ^[ ₃ ]

تتميز أنواع التحلل الإشعاعي المختلفة بتغيراتها في العدد الكتلي والعدد الذري ، وفقًا لقانون الإزاحة الإشعاعية لفايانس وسودي . على سبيل المثال، يتحلل اليورانيوم-238 عادةً بتحلل ألفا ، حيث تفقد النواة نيوترونين وبروتونين على شكل جسيم ألفا . وبالتالي، ينخفض ​​كل من العدد الذري وعدد النيوترونات بمقدار 2 ( Z : 92 → 90، N : 146 → 144)، مما يؤدي إلى انخفاض العدد الكتلي بمقدار 4 ( A = 238 → 234)؛ والنتيجة هي ذرة ثوريوم-234 وجسيم ألفا ^{( He²⁺} ₎ .): ^{[ 4 ]}

238 92 U

→

234 90 Th

+

4 2 He 2+

من جهة أخرى، يتحلل الكربون-14 بتحلل بيتا ، حيث يتحول نيوترون واحد إلى بروتون مع انبعاث إلكترون ومضاد نيوترينو . وبالتالي، يزداد العدد الذري بمقدار 1 ( Z : 6 → 7) ويبقى العدد الكتلي كما هو ( A = 14)، بينما ينقص عدد النيوترونات بمقدار 1 ( N : 8 → 7). ^{[ 5 ]} الذرة الناتجة هي النيتروجين-14 ، الذي يحتوي على سبعة بروتونات وسبعة نيوترونات.

14 6 درجة مئوية

→

14 7 شمالاً

+

e −

+

νهـ

يُعدّ تحلل بيتا ممكنًا لأنّ النوى المتساوية الكتلة ^{[ 6 ]} تختلف في كتلتها بمقدار بضعة كتل إلكترونية . إذا أمكن، فإنّ النواة ستخضع لتحلل بيتا إلى نواة متساوية الكتلة مجاورة ذات كتلة أقل. في حال عدم وجود أنماط تحلل أخرى، تنتهي سلسلة تحللات بيتا عند النواة متساوية الكتلة ذات الكتلة الذرية الأدنى .

نوع آخر من الاضمحلال الإشعاعي دون تغيير في العدد الكتلي هو انبعاث أشعة غاما من نظير نووي أو حالة إثارة شبه مستقرة لنواة ذرية. وبما أن جميع البروتونات والنيوترونات تبقى في النواة دون تغيير في هذه العملية، فإن العدد الكتلي يبقى أيضاً دون تغيير.

يُعطي العدد الكتلي تقديرًا للكتلة النظيرية مُقاسةً بالدالتون (Da). بالنسبة للكربون ^-12 ، فإن الكتلة النظيرية تساوي 12 بالضبط، لأن الدالتون يُعرَّف بأنه 1/12 من كتلة الكربون ^-12 . أما بالنسبة للنظائر الأخرى، فإن الكتلة النظيرية عادةً ما تكون ضمن نطاق0.1  دالتون من العدد الكتلي. على سبيل المثال، الكلور ^-35 (17 بروتونًا و18 نيوترونًا) له عدد كتلي 35 وكتلة نظيرية تساوي 0.1 دالتون.34.968 85. ^[ 7 ^] يُعرف الفرق بين الكتلة النظيرية الفعلية والعدد الكتلي للذرة بفائض الكتلة ، ^{[ 8 ]} والذي يبلغ -0.03115 بالنسبة للكلور ^-35 . يجب عدم الخلط بين فائض الكتلة ونقص الكتلة ، وهو الفرق بين كتلة الذرة وكتلة جسيماتها المكونة لها ( ^أي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ) .

هناك سببان لزيادة الكتلة، وكلاهما ينبع من حقيقة أن وحدة دالتون تعتمد على الإكراه ¹²من C إلى 12 دالتون:

1. كتلة النيوترون هي1.008 664 916 06 (40)  Da ^{‍ [9 ]} ، وهو أكبر من البروتون،1.007 276 466 5789 (83)  Da ^{‍ [10 ]} . يتجاهل دالتون هذا بافتراض نسب متساوية لكل منهما (سيتم شرح سبب تجاوز كتلة كل من البروتونات والنيوترونات 1 Da أدناه)، لذلك يفقد دقته بطبيعته عندما يتحول التوازن بين البروتونات في أي اتجاه، مثل ¹H (0 نيوترونات) أو ²³⁸U (عدد النيوترونات أكبر بكثير من عدد البروتونات).
2. تختلف طاقة الربط النووي بين النوى. النواة ذات طاقة الربط الأكبر تمتلك طاقة كلية أقل ^، وبالتالي كتلة أقل وفقًا لمعادلة أينشتاين لتكافؤ الكتلة والطاقة E = mc² . يفترض دالتون ¹²طاقة ربط الكربون92 161 .753 ± 0.014 كيلو إلكترون فولت  ، لذا مع طاقة أكبر، مثل ⁶²ني​545 262 .286 ± 0.434 كيلو  إلكترون فولت ، انخفاضات فعلية في الكتلة، وبطاقة أقل، مثل ¹إذا كانت قيمة H تساوي صفرًا، فإنها ترتفع.

يجب عدم الخلط بين العدد الكتلي والوزن الذري القياسي (أو الوزن الذري ) للعنصر، وهو نسبة متوسط ​​الكتلة الذرية لنظائر ذلك العنصر المختلفة (مرجحة بوفرتها) إلى ثابت الكتلة الذرية . ^{[ 11 ]} الوزن الذري هو نسبة كتلية ، بينما العدد الكتلي هو عدد معدود (وبالتالي عدد صحيح).

قد يختلف هذا المتوسط ​​المرجح اختلافًا كبيرًا عن القيم القريبة من الأعداد الصحيحة للكتل النظيرية الفردية. على سبيل المثال، يوجد نظيران رئيسيان للكلور : الكلور-35 والكلور-37. في أي عينة معينة من الكلور لم تخضع لفصل الكتلة، ستكون نسبة ذرات الكلور من النوع 35 حوالي 75%، بينما ستكون نسبة ذرات الكلور من النوع 37 حوالي 25%. وهذا يعطي الكلور كتلة ذرية نسبية تبلغ 35.5 (في الواقع 35.5).35.4527  جم/ مول ).

علاوة على ذلك، قد يكون متوسط ​​الكتلة المرجح قريبًا من عدد صحيح، ولكنه في الوقت نفسه لا يتوافق مع كتلة أي نظير طبيعي. على سبيل المثال، للبروم نظيران مستقران فقط، هما ^79Br و ⁸¹ Br، موجودان طبيعيًا بنسب متساوية تقريبًا، مما يؤدي إلى كتلة ذرية قياسية للبروم قريبة من 80 (79.904 غ/مول)، ^{[ 12 ]} على الرغم من أن النظير ^80Br ذو هذه الكتلة غير مستقر.

• بيشوب، مارك. "بنية المادة والعناصر الكيميائية (الفصل 3)" . مدخل إلى الكيمياء . دار نشر كيرال. ص  93. ISBN 978-0-9778105-4-3تم الاطلاع عليه بتاريخ 2008-07-08 .