Número de masa

El número de masa o másico (símbolo A, de la palabra alemana Atomgewicht [peso atómico]), también llamado número de masa atómica o número de nucleones, es el número total de protones y neutrones (conocidos en conjunto como nucleones) en un núcleo atómico. Es aproximadamente igual a la masa atómica (también conocida como isotópica) del átomo expresada en unidades de masa atómica. Dado que los protones y los neutrones son bariones, el número de masa A es idéntico al número de bariones Bdel núcleo (y también de todo el átomo o ion). El número de masa es diferente para cada isótopo diferente de un elemento químico. Por tanto, la diferencia entre el número de masa y el número atómico Z da el número de neutrones (N) en un núcleo dado: N = A − Z.

El número de masa se escribe después del nombre del elemento o como un superíndice a la izquierda del símbolo de un elemento. Por ejemplo, el isótopo más común de carbono es el carbono-12, oC, que tiene 6 protones y 6 neutrones. El símbolo del isótopo completo también tendría el número atómico (Z) como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento directamente debajo del número de masa:₆C.

Cambios en el número de masa en la desintegración radiactiva

Los diferentes tipos de desintegración radiactiva se caracterizan por sus cambios en el número de masa y en el número atómico, de acuerdo con la ley de desplazamiento radiactivo de Fajans y Soddy. Por ejemplo, el uranio-238 generalmente se desintegra por desintegración alfa, donde el núcleo pierde dos neutrones y dos protones en forma de partícula alfa. Así, el número atómico y el número de neutrones disminuyen cada uno en 2 (Z: 92 → 90, N: 146 → 144), de modo que el número de masa disminuye en 4 (A = 238 → 234); el resultado es un átomo de torio-234 y una partícula alfa (₂Él):

92tu

→

90el

+

2Él

Por otro lado, el carbono-14 se desintegra por desintegración beta, por lo que un neutrón se transmuta en un protón con la emisión de un electrón y un antineutrino. Así, el número atómico aumenta en 1 (Z: 6 → 7) y el número másico permanece igual (A = 14), mientras que el número de neutrones disminuye en 1 (N: 8 → 7). El átomo resultante es nitrógeno-14, con siete protones y siete neutrones:

6C

→

7norte

+

mi

+

vmi

El decaimiento beta es posible porque las diferentes isobaras tienen diferencias de masa del orden de unas pocas masas de electrones. Si es posible, un nucleido sufrirá una desintegración beta a una isobara adyacente con menor masa. En ausencia de otros modos de desintegración, una cascada de desintegraciones beta termina en la isobara con la masa atómica más baja.

Otro tipo de desintegración radiactiva sin cambio en el número de masa es la emisión de un rayo gamma de un isómero nuclear o estado excitado metaestable de un núcleo atómico. Dado que todos los protones y neutrones permanecen sin cambios en el núcleo en este proceso, el número de masa también permanece sin cambios.

Número de masa y masa isotópica

El número de masa da una estimación de la masa isotópica medida en unidades de masa atómica (u). Para C, la masa isotópica es exactamente 12, ya que la unidad de masa atómica se define como 1/12 de la masa de C. Para otros isótopos, la masa isotópica suele estar dentro de 0,1 u del número de masa. Por ejemplo, Cl (17 protones y 18 neutrones) tiene un número de masa de 35 y una masa isotópica de 34,96885. La diferencia de la masa isotópica real menos el número de masa de un átomo se conoce como exceso de masa, que para Cl es -0,03115. El exceso de masa no debe confundirse con el defecto de masa, que es la diferencia entre la masa de un átomo y sus partículas constituyentes (es decir, protones, neutrones y electrones).

Hay dos razones para el exceso de masa:

1. El neutrón es ligeramente más pesado que el protón. Esto aumenta la masa de los núcleos con más neutrones que protones en relación con la escala de unidades de masa atómica basada en C con el mismo número de protones y neutrones.
2. La energía de enlace nuclear varía entre los núcleos. Un núcleo con mayor energía de enlace tiene una energía total más baja y, por lo tanto, una masa más baja según la relación de equivalencia masa-energía de Einstein E = mc. Para Cl, la masa isotópica es inferior a 35, por lo que este debe ser el factor dominante.

Masa atómica relativa de un elemento

El número de masa tampoco debe confundirse con el peso atómico estándar (también llamado peso atómico) de un elemento, que es la relación entre la masa atómica promedio de los diferentes isótopos de ese elemento (ponderado por abundancia) a la unidad de masa atómica unificada.. El peso atómico es una masa real (relativa, es decir, una razón), mientras que el número de masa es un número contado (y por lo tanto, un número entero).

Este promedio ponderado puede ser bastante diferente de los valores casi enteros para masas isotópicas individuales. Por ejemplo, hay dos isótopos principales de cloro: cloro-35 y cloro-37. En cualquier muestra de cloro que no haya sido sometida a separación masiva, habrá aproximadamente un 75 % de átomos de cloro que son cloro-35 y solo un 25 % de átomos de cloro que son cloro-37. Esto le da al cloro una masa atómica relativa de 35,5 (en realidad, 35,4527 g/mol).

Además, la masa promedio ponderada puede ser casi un número entero, pero al mismo tiempo no corresponde a la masa de ningún isótopo natural. Por ejemplo, el bromo tiene solo dos isótopos estables, Br y Br, presentes naturalmente en fracciones aproximadamente iguales, lo que lleva a que la masa atómica estándar del bromo sea cercana a 80 (79,904 g/mol), aunque el isótopo Br con tal masa es inestable..