Nombre de masse - Mass number

Le nombre de masse (symbole A , du mot allemand Atomgewicht [poids atomique]), également appelé nombre de masse atomique ou nombre de nucléons , est le nombre total de protons et de neutrons (appelés ensemble nucléons ) dans un noyau atomique . Elle est approximativement égale à la masse atomique (également appelée isotopique ) de l' atome exprimée en unités de masse atomique . Puisque les protons et les neutrons sont tous deux des baryons , le nombre de masse A est identique au nombre de baryons B du noyau (et aussi de l'atome ou de l' ion entier ). Le nombre de masse est différent pour chaque isotope différent d'un élément chimique . Ainsi, la différence entre le nombre de masse et le numéro atomique  Z donne le nombre de neutrons ( N ) dans un noyau donné : N = AZ .

Le nombre de masse est écrit soit après le nom de l'élément, soit en exposant à gauche du symbole d'un élément. Par exemple, l'isotope le plus courant du carbone est le carbone 12 , ou12
C
, qui a 6 protons et 6 neutrons. Le symbole isotopique complet aurait également le numéro atomique ( Z ) en indice à gauche du symbole de l'élément directement en dessous du nombre de masse :12
6
C
.

Changements du nombre de masse dans la désintégration radioactive

Différents types de désintégration radioactive sont caractérisés par leurs changements de nombre de masse ainsi que de numéro atomique , selon la loi de déplacement radioactif de Fajans et Soddy . Par exemple, l' uranium-238 se désintègre généralement par désintégration alpha , où le noyau perd deux neutrons et deux protons sous la forme d'une particule alpha . Ainsi le numéro atomique et le nombre de neutrons diminuent chacun de 2 ( Z : 92 → 90, N : 146 → 144), de sorte que le nombre de masse diminue de 4 ( A = 238 → 234) ; le résultat est un atome de thorium-234 et une particule alpha (4
2
Il2+
):

238
92
U
 
→  234
90
E
 
4
2
Il2+

D'autre part, le carbone 14 se désintègre par désintégration bêta , par laquelle un neutron est transmuté en un proton avec l'émission d'un électron et d'un antineutrino . Ainsi le numéro atomique augmente de 1 ( Z : 6 → 7) et le nombre de masse reste le même ( A = 14), tandis que le nombre de neutrons diminue de 1 ( N : 8 → 7). L'atome résultant est l' azote-14 , avec sept protons et sept neutrons :

14
6
C
 
→  14
7
N
 

e
 

??
e

La désintégration bêta est possible parce que différentes isobares ont des différences de masse de l'ordre de quelques masses d'électrons . Si possible, un nucléide subira une désintégration bêta en une isobare adjacente de masse inférieure. En l'absence d'autres modes de désintégration, une cascade de désintégrations bêta se termine à l' isobare avec la masse atomique la plus faible .

Un autre type de désintégration radioactive sans changement de nombre de masse est l'émission d'un rayon gamma à partir d'un isomère nucléaire ou d'un état excité métastable d'un noyau atomique. Étant donné que tous les protons et neutrons restent inchangés dans le noyau dans ce processus, le nombre de masse est également inchangé.

Nombre de masse et masse isotopique

Le nombre de masse donne une estimation de la masse isotopique mesurée en unités de masse atomique (u). Pour 12 C, la masse isotopique est exactement 12, puisque l'unité de masse atomique est définie comme 1/12 de la masse de 12 C. Pour les autres isotopes, la masse isotopique est généralement à moins de 0,1 u du nombre de masse. Par exemple, 35 Cl (17 protons et 18 neutrons) a un nombre de masse de 35 et une masse isotopique de 34,96885. La différence de la masse isotopique réelle moins le nombre de masse d'un atome est connue sous le nom d'excès de masse , qui pour 35 Cl est de -0,03115. L'excès de masse ne doit pas être confondu avec le défaut de masse qui est la différence entre la masse d'un atome et de ses particules constitutives (à savoir les protons , les neutrons et les électrons ).

Il y a deux raisons à l'excès de masse :

  1. Le neutron est légèrement plus lourd que le proton. Cela augmente la masse des noyaux avec plus de neutrons que de protons par rapport à l'échelle d'unité de masse atomique basée sur 12 C avec un nombre égal de protons et de neutrons.
  2. L' énergie de liaison nucléaire varie entre les noyaux. Un noyau avec une plus grande énergie de liaison a une énergie totale inférieure, et donc une masse inférieure selon la relation d' équivalence masse-énergie d'Einstein E = mc 2 . Pour le 35 Cl, la masse isotopique est inférieure à 35, ce doit donc être le facteur dominant.

Masse atomique relative d'un élément

Le nombre de masse ne doit pas non plus être confondu avec le poids atomique standard (également appelé poids atomique ) d'un élément, qui est le rapport de la masse atomique moyenne des différents isotopes de cet élément (pondérée par l'abondance) à l' unité de masse atomique unifiée . Le poids atomique est une masse réelle (relative, c'est-à-dire un rapport), tandis que le nombre de masse est un nombre compté (et donc un nombre entier).

Cette moyenne pondérée peut être très différente des valeurs quasi-entières des masses isotopiques individuelles. Par exemple, il existe deux principaux isotopes du chlore : le chlore-35 et le chlore-37. Dans tout échantillon donné de chlore qui n'a pas été soumis à une séparation de masse, il y aura environ 75 % d'atomes de chlore qui sont du chlore-35 et seulement 25 % des atomes de chlore qui sont du chlore-37. Cela donne au chlore une masse atomique relative de 35,5 (en réalité 35,4527 g/ mol ).

De plus, la masse moyenne pondérée peut être presque entière, mais en même temps ne correspondant à la masse d'aucun isotope naturel. Par exemple, le brome ne possède que deux isotopes stables, 79 Br et 81 Br, naturellement présents en fractions à peu près égales, ce qui conduit à la masse atomique standard du brome proche de 80 (79,904 g/mol), même si l' isotope 80 Br avec de tels la masse est instable.

Les références

Lectures complémentaires