NOMBRE MÀSSIC: EN QUÈ CONSISTEIX I COM TREURE-(AMB EXEMPLES) - FÍSICA - 2025

El nombre màssic o nombre de massa d'un àtom és la suma de la quantitat de protons i la quantitat de neutrons de l'nucli. A aquestes partícules se les designa indistintament amb el nom de nucleons, per tant el nombre màssic representa la quantitat d'ells.

Sigui N el nombre de neutrons presents i Z el nombre de protons, si anomenem A com el nombre màssic, llavors:

A = N + Z

Figura 1. El radi té nombre màssic A = 226, decau a radó amb A = 222 i emet un nucli d'heli d'A = 4. Font: Wikimedia Commons. PerOX

Exemples de nombres màssics

Immediatament alguns exemples de nombres màssics per elements molt coneguts:

hidrogen

L'àtom d'hidrogen més estable i abundant, és també el més senzill: 1 protó i un electró. Ja que el nucli d'hidrogen no té neutrons, es compleix que A = Z = 1.

oxigen

Un nucli d'oxigen té 8 neutrons i 8 protons, per tant A = 16.

carboni

La vida a la Terra està basada en la química de l'carboni, un àtom lleuger amb 6 protons en el seu nucli més 6 neutrons, així A = 6 + 6 = 12.

urani

Aquest element bastant més pesat que els anteriors, és molt conegut per les seves propietats radioactives. El nucli d'urani posseeix 92 protons i 146 neutrons. Després, el seu nombre màssic és A = 92 + 146 = 238.

Com treure el nombre màssic?

Tal com s'ha dit abans, el nombre màssic A d'un element sempre correspon a la suma el nombre de protons i de el nombre de neutrons que conté el seu nucli. També és un nombre sencer, però… hi ha alguna regla pel que fa a la relació entre ambdues quantitats?

Vegem: tots els elements esmentats a dalt són lleugers, excepte l'urani. L'àtom d'hidrogen és, com hem dit, el més senzill. No té neutrons, al menys en la seva versió més abundant, i en l'oxigen i el carboni, hi ha igual nombre de protons i neutrons.

També succeeix amb altres elements lleugers, com ara el nitrogen, un altre gas molt important per a la vida, que té 7 protons i 7 neutrons. No obstant això, a mesura que el nucli és més complex i els àtoms es tornen més pesats, el nombre de neutrons es va incrementant amb un altre ritme.

A diferència dels elements lleugers, l'urani, amb 92 protons, posseeix aproximadament 1 ½ vegades aquesta quantitat en neutrons: 1 ½ x 92 = 1.5 x 92 = 138.

Com es pot veure, és bastant proper a 146, la quantitat de neutrons que posseeix.

Figura 2. Corba d'estabilitat. Font: F. Zapata.

Tot això es fa evident en la corba de la figura 2. Es tracta d'un gràfic de N versus Z, coneguda com a corba d'estabilitat nuclear. Allà s'aprecia com els àtoms lleugers tenen igual nombre de protons que de neutrons, i com a partir de Z = 20 el nombre de neutrons va en augment.

D'aquesta manera l'àtom gran es torna més estable, ja que l'excés de neutrons disminueix la repulsió electrostàtica entre els protons.

Notació per àtoms

Una notació molt útil que descriu ràpidament el tipus d'àtom és la següent: s'escriu el símbol de l'element i els respectius nombres atòmics i de massa com es mostra a continuació en aquest esquema:

Figura 3. Notació d'àtom. Font: F. Zapata.

En aquesta notació, els àtoms dels exemples anteriors serien:

De vegades s'utilitza una altra notació més còmoda, en la qual només es fa servir el símbol de l'element i el nombre màssic per denotar a l'àtom, ometent el nombre atòmic. D'aquesta manera, el ¹² ₆ C s'escriu simplement com a carboni-12, el ¹⁶ ₈ O seria l'oxigen-16 i així per a qualsevol element.

els isòtops

El nombre de protons en un nucli determina la naturalesa de l'element. Per exemple, tot àtom el nucli conté 29 protons és un àtom de coure, passi el que passi.

Suposem que un àtom de coure perd un electró per la raó que sigui, tot i així segueix sent de coure. No obstant això ara és un àtom ionitzat.

És més difícil que un nucli atòmic guanyi o perdi un protó, però a la natura pot passar. Per exemple a l'interior les estrelles es formen contínuament elements més pesats a partir d'elements lleugers, ja que el nucli estel·lar es comporta com un reactor de fusió.

I aquí mateix a la Terra hi ha el fenomen de la desintegració radioactiva, en el qual alguns àtoms inestables expulsen nucleons i emeten energia, transformant-se en altres elements.

Finalment hi ha la possibilitat que un àtom de determinat element tingui un nombre màssic diferent, en aquest cas es tracta d'un isòtop.

Un bon exemple és el conegut carboni-14 o radiocarboni, que s'usa per datar objectes arqueològics i com a traçador bioquímic. Es tracta del mateix carboni, amb idèntiques propietats químiques, però amb dos neutrons extra.

El carboni-14 és menys abundant que el carboni-12, l'isòtop estable, ia més és radioactiu. Això vol dir que amb el temps decau emetent energia i partícules fins transformar-se en un element estable, que en el seu cas és el nitrogen.

Isòtops de l'carboni

El carboni existeix en la natura com una barreja de diversos isòtops, de el qual el més abundant és el ja esmentat ¹² ₆ C o carboni-12. I a més de l'carboni-14 hi ha el ¹³ ₆ C amb un neutró addicional.

Això és comú en la naturalesa, per exemple de l'estany es coneixen 10 isòtops estables. En canvi, de l'beril·li i el sodi només es coneix un sol isòtop.

Cada isòtop, natural o artificial, té un ritme de transformació diferent. De la mateixa manera és possible crear al laboratori isòtops artificials, que en general són inestables i decauen radioactivament en un termini molt breu de fraccions de segon, mentre que altres triguen molt més, tant com l'edat de la Terra o més.

Taula d'isòtops naturals de l'carboni

Isòtops de l'carboni	Nombre atòmic Z	Nombre màssic A	abundància%
12 6 C	6	12	98.89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	traces

exemples resolts

- Exemple 1

Quina és la diferència entre ¹³ ₇ N i ¹⁴ ₇ N?

Resposta

Tots dos són àtoms de nitrogen, ja que el seu nombre atòmic és 7. No obstant això un dels isòtops, el qual té A = 13, té un neutró menys, mentre que el ¹⁴ ₇ N és l'isòtop més abundant.

- Exemple 2

Quants neutrons hi ha al nucli d'un àtom de mercuri, denotat com ²⁰¹ ₈₀ Hg?

Resposta

Com que A = 201 i Z = 80, i més sabent que:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

I es conclou que l'àtom de mercuri té 121 neutrons.

referències

1. Connor, N. Què és el Nucleon - Structure of Atomic Nucleus - Definition. Recuperat de: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. University Physics with Modern Physics. 14th. Ed. Volume 2.
4. Tippens, P. 2011. Física: Conceptes i Aplicacions. 7dt Edició. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Mass Number. Recuperat de: en.wikipedia.org.