تعریف عدد جرمی و تفاوت آن با جرم اتمی

عدد جرمی که با نماد A نشان داده می شود به عنوان جرم اتمی یا عدد نوکلئون نیز نامیده می شود و به تعداد کل پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم اشاره دارد.

عدد جرمی تقریباً برابر با جرم اتمی یک اتم یا همان یکای جرم اتمی (amu) است. این موارد در مبحث عدد جرمی چیست علوم هفتم شرح داده شده است.

لازم به ذکر است که A برای ایزوتوپ های مختلف یک عنصر شیمیایی متفاوت از عدد جرمی خود اتم است. از این رو، تفاوت بین عدد جرمی A و عدد اتمی Z، تعداد نوترون (N) را در یک هسته اتم مشخص می کند. عدد جرمی معمولا بعد از نام عنصر به شکل بالانویس در قسمت چپ نماد یک عنصر نوشته می شود.

تاریخچه کشف عدد جرمی:
اوائل قرن نوزدهم جان دالتون طی آزمایشاتی وزن اتمی برخی از عناصر را تعیین کرد که اساس توسعه جدول مندلیف بود. این وزن های اتمی بر اساس مقایسه با وزن اتمی هیدروژن به دست آمده بودند زیرا دانشمندان در آن زمان فرض می کردند که وزن یک اتم برابر با وزن پروتون است و الکترون هیچ نقشی در وزن اتمی عنصر ندارند.

پس از آن ارنست رادرفورد نشان داد که بخش عمده جرم اتم در هسته آن متمرکز شده که شامل پروتون و نوترون است و A نیز مجموع تعداد پروتون ها و نوترون های یک اتم است. بنابراین برای محاسبه آن به سادگی می توان تعداد نوترون ها را با تعداد پروتون ها (عدد اتمی) جمع کرد.

فرمول تعیین عدد جرمی:
همانطور که گفته شد برای تعیین عدد جرمی می توان از عدد اتمی و تعداد نوترون ها استفاده کرد:

• تعداد نوترن + عدد اتمی = A

بر اساس این فرمول با دانستن A و عدد اتمی می توان تعداد نوترون های یک اتم را محاسبه کرد که فرمول آن در زیر آمده است:

• عدد اتمی - A = تعداد نوترون ها

تفاوت عدد جرمی و جرم اتمی چیست؟
همانطور که شرح داده شد A مجموع پروتون ها و نوترون ها در هسته یک اتم است اما جرم اتمی به میانگین تعداد پروتون ها و نوترون های کل ایزوتوپ های یک عنصر اشاره دارد که معمولا یک عدد غیرصحیح است. کشف ایزوتوپ های مختلف برای عناصر مختلف در هر زمانی می تواند جرم اتمی را تاحدودی تغییردهد.

رابطه بین عدد جرم و جرم ایزوتوپی:
عدد جرمی تخمینی از جرم ایزوتوپی اندازه گیری شده در واحدهای جرم اتمی (u) را نشان می دهد. برای 12C، جرم ایزوتوپی دقیقاً 12 است، زیرا واحد A به عنوان 1/12جرم 12 C تعریف شده است. برای سایر ایزوتوپ ها، جرم ایزوتوپی معمولاً u 0.1 از عدد جرمی است.

به عنوان مثال 35CL ( 17 پروتون و 18 نوترون) دارای عدد جرمی 35 و جرم ایزوتوپی 34.96885 است. اختلاف جرم ایزوتوپی واقعی منهای A یک اتم به عنوان مازاد جرم شناخته می شود، که برای 35CL برابر با0.0311 - است. این اضافه جرم را نباید با نقص جرمی که اختلاف بین جرم یک اتم و ذرات تشکیل دهنده آن است (یعنی پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها) اشتباه گرفت.

دو دلیل برای جرم مازاد وجود دارد:

• 1- نوترون کمی سنگین تر از پروتون است. این باعث افزایش جرم هسته هایی با تعداد بیشتری نوترون نسبت به پروتون در مقیاس واحد جرم اتمی بر اساس 12 C با تعداد برابر پروتون و نوترون می شود.
• 2- انرژی پیوند هسته ای بین هسته ها متفاوت است. یک هسته با انرژی پیوندی بزرگ تر دارای انرژی توتال کمتری است و بنابراین با توجه به معادله جرم و انرژی انیشتین E = mc2، جرم کمتری دارد. برای 35CL جرم ایزوتوپی کمتر از 35 است بنابراین این باید عامل غالب باشد.

جرم اتمی نسبی یک عنصر:
عدد جرمی را همچنین نباید با وزن اتمی استاندارد یک عنصر (که به آن وزن اتمی نیز گفته می شود) و نسبت متوسط جرم اتمی ایزوتوپ های مختلف آن عنصر اشتباه گرفت. وزن اتمی یک جرم واقعی است در حالی که عدد جرمی یک عدد محاسبه شده و بنابراین یک عدد صحیح است.

این میانگین وزنی می تواند با مقادیر نزدیک به عدد صحیح به صورت جداگانه برای جرم های ایزوتوپی متفاوت باشد. به عنوان مثال، دو ایزوتوپ اصلی برای کلر وجود دارد: کلر -35 و کلر -37 که تقریباً 75٪ از اتم های کلر، کلر -35 هستند و فقط 25٪ از اتم های کلر، کلر -37 هستند. بدین ترتیب جرم اتمی نسبی کلر 35.5 (در واقع 35.4527 گرم در مول) است.

علاوه بر این، جرم متوسط وزنی می تواند نزدیک به عدد صحیح باشد، اما در عین حال با جرم هیچ ایزوتوپ طبیعی مطابقت ندارد. به عنوان مثال، برم فقط دو ایزوتوپ پایدار دارد، 79Br و 81Br که به طور طبیعی در کسری تقریباً برابر وجود دارد که منجر به جرم اتمی استاندارد برم نزدیک به 80 (79.904 g / mol) می شود. هرچند ایزوتوپ 80Br با چنین جرمی ناپایدار است.

تغییر عدد جرمی در واپاشی رادیواکتیو:
در آزمایشات دیده شده است که Z و A یک عنصر در واپاشی رادیواکتیو تغییر می کند. مثلا طی واپاشی آلفا هسته اورانیوم-238 دو نوترون و دو پروتون از دست می دهد بنابراین عدد اتمی و تعداد نوترون آن به میزان 2 واحد و A به میزان 4 واحد کاهش می یابد و توریم-234 و ذره آلفا تشکیل می شود.

حال اگر کربن-14 دچار واپاشی بتا شود یک نوترون به یک پروتون تبدیل شده و یک الکترون و پاد نوترینو گسیل خواهد شد. بنابراین عدد اتمی 1 واحد افزایش می یابد ولی عدد جرمی ثابت خواهد ماند. در واقع عدد اتمی برابر با 7 خواهد شد اما عدد جرمی 14 باقی خواهد ماند و نتیجه این واپاشی اتم نیتروژن - 14 با 7 پروتون و 7 نوترون است.

با توضیحات فوق و آَشنایی با عدد اتمی، عدد جرمی و جرم اتمی شما به راحتی می توانید نمونه سوالات عدد اتمی و عدد جرمی شیمی هشتم را با پاسخ دهید.