قاعدة الأعداد الصحيحة

في الكيمياء ، تنص قاعدة الأعداد الصحيحة على أن كتل النظائر هي مضاعفات صحيحة لكتلة ذرة الهيدروجين . ^{[ 1 ]} هذه القاعدة هي نسخة معدلة من فرضية براوت التي طُرحت عام 1815، والتي تنص على أن الأوزان الذرية هي مضاعفات لوزن ذرة الهيدروجين. ^{[ 2 ]} تُعرف أيضًا باسم قاعدة أستون للأعداد الصحيحة ^{[ 3 ]} نسبةً إلى فرانسيس دبليو أستون، الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1922 "لاكتشافه، بواسطة مطياف الكتلة ، النظائر في عدد كبير من العناصر غير المشعة، ولصياغته لقاعدة الأعداد الصحيحة". ^{[ 4 ]}

صاغ جوزيف بروست قانون النسب الثابتة حوالي عام 1800 ^{[ 5 ]} ، وينص على أن جميع عينات المركب الكيميائي لها نفس التركيب العنصري من حيث الكتلة. وقد وسّعت النظرية الذرية لجون دالتون هذا المفهوم، موضحةً أن المادة تتكون من ذرات منفصلة ، ​​حيث يوجد نوع واحد من الذرات لكل عنصر، وتتحد هذه الذرات بنسب ثابتة لتكوين المركبات. ^{[ 6 ]}

في عام 1815، أبلغ ويليام براوت عن ملاحظته بأن الكتل الذرية للعناصر هي مضاعفات صحيحة للكتلة الذرية للهيدروجين . ^{[ 7 ] [ 8 ]} ثم افترض أن ذرة الهيدروجين هي الجسم الأساسي وأن العناصر الأخرى هي مزيج من أعداد مختلفة من ذرات الهيدروجين. ^{[ 9 ]}

في عام 1920، أثبت فرانسيس دبليو أستون، باستخدام مطياف الكتلة، أن الانحرافات الظاهرة عن فرضية براوت تعود في الغالب إلى وجود النظائر . ^{[ 10 ]} فعلى سبيل المثال، اكتشف أستون أن للنيون نظيرين بكتلتين قريبتين جدًا من 20 و22 وفقًا لقاعدة الأعداد الصحيحة، واقترح أن القيمة غير الصحيحة 20.2 للوزن الذري للنيون تعود إلى كون النيون الطبيعي خليطًا من حوالي 90% نيون-20 و10% نيون-22. ومن الأسباب الثانوية للانحرافات طاقة الربط أو النقص الكتلي للنظائر الفردية.

خلال عشرينيات القرن العشرين، ساد الاعتقاد بأن نواة الذرة تتكون من بروتونات وإلكترونات، وهو ما يفسر التباين بين العدد الذري للذرة وكتلتها الذرية . ^{[ 11 ] [ 12 ]} في عام 1932، اكتشف جيمس تشادويك جسيمًا غير مشحون بكتلة تقارب كتلة البروتون، وأطلق عليه اسم النيوترون . ^{[ 13 ]} وسرعان ما تم قبول حقيقة أن نواة الذرة تتكون من بروتونات ونيوترونات، وحصل تشادويك على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1935 لاكتشافه. ^{[ 14 ]}

تنص الصيغة الحديثة لقاعدة الأعداد الصحيحة على أن الكتلة الذرية لنظير عنصر معين تساوي تقريبًا العدد الكتلي (عدد البروتونات والنيوترونات) مضروبًا في دالتون (الكتلة التقريبية للبروتون أو النيوترون أو ذرة الهيدروجين-1). تتنبأ هذه القاعدة بالكتلة الذرية للنوى والنظائر بدقة تصل إلى 1%، ويُعزى معظم هذا الخطأ إلى نقص الكتلة الناتج عن طاقة الربط النووي .

• هاركنز، دبليو دي (1925). "فصل الكلور إلى نظائر (العناصر النظيرية) وقاعدة الأعداد الصحيحة للأوزان الذرية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 11 (10): 624-628 . Bibcode : 1925PNAS...11..624H . doi : 10.1073/pnas.11.10.624 . PMC 1086175. PMID 16587053 .  

• خطاب تقديم جائزة نوبل عام 1922