NUMERO DI MASSA: COS'È E COME OTTENERLO (CON ESEMPI) - FISICO - 2025

Il numero di massa o numero di massa di un atomo è la somma del numero di protoni e del numero di neutroni nel nucleo. Queste particelle sono designate in modo intercambiabile con il nome di nucleoni, quindi il numero di massa rappresenta la quantità di esse.

Sia N il numero di neutroni presenti e Z il numero di protoni, se chiamiamo A come numero di massa, allora:

A = N + Z

Figura 1. Il raggio ha un numero di massa A = 226, decade in radon con A = 222 ed emette un nucleo di elio di A = 4. Fonte: Wikimedia Commons. PerOX

Esempi di numeri di massa

Di seguito sono riportati alcuni esempi di numeri di massa per elementi noti:

Idrogeno

L'atomo di idrogeno più stabile e abbondante è anche il più semplice: 1 protone e un elettrone. Poiché il nucleo di idrogeno non ha neutroni, è vero che A = Z = 1.

Ossigeno

Un nucleo di ossigeno ha 8 neutroni e 8 protoni, quindi A = 16.

Carbonio

La vita sulla Terra si basa sulla chimica del carbonio, un atomo di luce con 6 protoni nel nucleo più 6 neutroni, quindi A = 6 + 6 = 12.

Uranio

Questo elemento, molto più pesante dei precedenti, è ben noto per le sue proprietà radioattive. Il nucleo di uranio ha 92 protoni e 146 neutroni. Quindi il suo numero di massa è A = 92 + 146 = 238.

Come ottenere il numero di massa?

Come accennato prima, il numero di massa A di un elemento corrisponde sempre alla somma del numero di protoni e del numero di neutroni che contiene il suo nucleo. È anche un numero intero, ma … c'è qualche regola riguardo al rapporto tra le due quantità?

Vediamo: tutti gli elementi sopra menzionati sono leggeri, tranne l'uranio. L'atomo di idrogeno è, come abbiamo detto, il più semplice. Non ha neutroni, almeno nella sua versione più abbondante, e nell'ossigeno e nel carbonio ci sono un numero uguale di protoni e neutroni.

Succede anche con altri elementi leggeri, come l'azoto, un altro gas molto importante per la vita, che ha 7 protoni e 7 neutroni. Tuttavia, poiché il nucleo diventa più complesso e gli atomi diventano più pesanti, il numero di neutroni aumenta a una velocità diversa.

A differenza degli elementi leggeri, l'uranio, con 92 protoni, ha circa 1 ½ volte quella quantità di neutroni: 1 ½ x 92 = 1,5 x 92 = 138.

Come puoi vedere, è abbastanza vicino a 146, il numero di neutroni che ha.

Figura 2. Curva di stabilità. Fonte: F. Zapata.

Tutto questo è evidente nella curva della Figura 2. È un grafico di N rispetto a Z, noto come curva di stabilità nucleare. Qui puoi vedere come gli atomi di luce hanno lo stesso numero di protoni dei neutroni e come da Z = 20 il numero di neutroni aumenta.

In questo modo il grande atomo diventa più stabile, poiché l'eccesso di neutroni diminuisce la repulsione elettrostatica tra i protoni.

Notazione per atomi

Una notazione molto utile che descrive rapidamente il tipo di atomo è la seguente: il simbolo dell'elemento ei rispettivi numeri atomici e di massa sono scritti come mostrato di seguito in questo diagramma:

Figura 3. Notazione Atom. Fonte: F. Zapata.

In questa notazione, gli atomi negli esempi precedenti sarebbero:

A volte viene utilizzata un'altra notazione più comoda, in cui vengono utilizzati solo il simbolo dell'elemento e il numero di massa per denotare l'atomo, omettendo il numero atomico. In questo modo, ¹² ₆ C è scritto semplicemente come carbonio-12, ¹⁶ ₈ O sarebbe ossigeno-16 e così via per qualsiasi elemento.

Isotopi

Il numero di protoni in un nucleo determina la natura dell'elemento. Ad esempio, ogni atomo il cui nucleo contiene 29 protoni è un atomo di rame, qualunque cosa accada.

Supponiamo che un atomo di rame perda un elettrone per qualsiasi motivo, è ancora rame. Tuttavia ora è un atomo ionizzato.

È più difficile per un nucleo atomico guadagnare o perdere un protone, ma in natura può verificarsi. Ad esempio, all'interno delle stelle, elementi più pesanti sono continuamente formati da elementi leggeri, poiché il nucleo stellare si comporta come un reattore a fusione.

E proprio qui sulla Terra c'è il fenomeno del decadimento radioattivo, in cui alcuni atomi instabili espellono i nucleoni ed emettono energia, trasformandosi in altri elementi.

Infine, c'è la possibilità che un atomo di un certo elemento abbia un numero di massa diverso, in questo caso è un isotopo.

Un buon esempio è il noto carbonio-14 o radiocarbonio, che viene utilizzato per datare oggetti archeologici e come tracciante biochimico. È lo stesso carbonio, con proprietà chimiche identiche, ma con due neutroni in più.

Il carbonio-14 è meno abbondante del carbonio-12, l'isotopo stabile, ed è anche radioattivo. Ciò significa che nel tempo decade, emettendo energia e particelle fino a diventare un elemento stabile, che nel suo caso è l'azoto.

Isotopi di carbonio

Il carbonio esiste in natura come una miscela di diversi isotopi, il più abbondante dei quali è il già citato ¹² ₆ C o carbonio-12. E oltre al carbonio-14 c'è ¹³ ₆ C con un neutrone aggiuntivo.

Questo è comune in natura, ad esempio sono noti 10 isotopi stabili dello stagno. Al contrario, del berillio e del sodio è noto un solo isotopo.

Ogni isotopo, naturale o artificiale, ha un diverso tasso di trasformazione. Allo stesso modo, è possibile creare in laboratorio isotopi artificiali, che sono generalmente instabili e decadono radioattivamente in un brevissimo periodo di frazioni di secondo, mentre altri impiegano molto più tempo, quanto l'età della Terra o più.

Tabella degli isotopi naturali del carbonio

Isotopi di carbonio	Numero atomico Z	Numero di massa A	Abbondanza%
12 6 C	6	12	98.89
13 6 C	6	13	1.11
14 6 C	6	14	Tracce

Esempi lavorati

- Esempio 1

Qual è la differenza tra ¹³ ₇ N e ¹⁴ ₇ N?

rispondere

Entrambi sono atomi di azoto, poiché il loro numero atomico è 7. Tuttavia, uno degli isotopi, quello con A = 13, ha un neutrone in meno, mentre ¹⁴ ₇ N è l'isotopo più abbondante.

- Esempio 2

Quanti neutroni ci sono nel nucleo di un atomo di mercurio, indicato come ²⁰¹ ₈₀ Hg?

rispondere

Poiché A = 201 e Z = 80, e anche sapendo che:

A = Z + N

N = A - Z = 201 - 80 = 121

E si conclude che l'atomo di mercurio ha 121 neutroni.

Riferimenti

1. Connor, N. Cos'è Nucleon - Struttura del nucleo atomico - Definizione. Estratto da: periodic-table.org.
2. Knight, R. 2017. Physics for Scientists and Engineering: a Strategy Approach. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Fisica universitaria con fisica moderna. 14th. Ed. Volume 2.
4. Tippens, P. 2011. Fisica: concetti e applicazioni. 7a edizione. McGraw Hill.
5. Wikipedia. Numero di Massa. Estratto da: en.wikipedia.org.