Химический элемент определяет число протонов Z в ядре. Изотопы одного элемента имеют одинаковое Z, но разное число нейтронов N. Поэтому различается массовое число A — сумма протонов и нейтронов. Основная формула проста: A = Z + N, следовательно N = A − Z.
Как читать запись
В полной записи массовое число ставят слева сверху, атомный номер — слева снизу от символа элемента. Часто нижний индекс опускают, потому что символ уже однозначно задаёт Z: углерод-14 записывают как ¹⁴C. У углерода Z = 6, поэтому в ядре 6 протонов и 14 − 6 = 8 нейтронов.
Пошаговый алгоритм
Сначала найдите символ элемента и его атомный номер в периодической таблице. Затем определите массовое число — оно должно быть дано в названии или записи конкретного нуклида. Вычтите Z из A, чтобы получить N. Для нейтрального атома число электронов равно Z; заряд иона меняет только число электронов, но не изотоп.
Примеры
У урана-235 Z = 92: в ядре 92 протона и 143 нейтрона. У хлора-37 Z = 17: 17 протонов и 20 нейтронов. Ион хлора-37 с зарядом −1 всё равно содержит 17 протонов и 20 нейтронов, но электронов у него 18.
Средняя атомная масса — не массовое число
Десятичное число в периодической таблице обычно является стандартной атомной массой или интервалом, отражающим природную смесь изотопов. Его нельзя просто округлить и объявить номером любого атома. Массовое число конкретного изотопа всегда целое, а точная масса ядра немного отличается от A из-за энергии связи.
Стабильность и радиоактивность
Некоторые сочетания протонов и нейтронов стабильны, другие самопроизвольно превращаются, испуская частицы или излучение. Термин «радиоизотоп» относится к нестабильному изотопу, но радиоактивность нельзя определить одним лишь правилом A − Z: нужны экспериментальные таблицы нуклидов. Для задач пользуются проверенными данными NIST, IAEA или национальных ядерных центров.
Изотоп, нуклид и элемент
Слова близки, но акценты различаются. Элемент объединяет атомы с одним Z; изотопы сравнивают варианты этого элемента по числу нейтронов; нуклид обозначает конкретное сочетание Z и N и энергетическое состояние ядра. Изобары имеют одинаковое A, но разные Z, поэтому относятся к разным элементам. В задачах иногда дана только электронная конфигурация: она позволяет узнать элемент и заряд, но без A число нейтронов определить нельзя. Если указана распространённость нескольких изотопов, среднюю атомную массу находят как взвешенное среднее их масс, а обратная задача может дать доли смеси. Всегда записывайте исходные Z, A и заряд отдельно — это предотвращает большинство ошибок.
Задача с неизвестным элементом
Если дано число протонов, символ находят по Z: 8 протонов всегда означают кислород. Если дополнительно дано 10 нейтронов, A = 18 и это кислород-18. Если известно только A = 18, определить элемент нельзя: не хватает Z, и существуют разные нуклиды с таким массовым числом. Если дана масса нейтрального атома в атомных единицах, она близка к A, но для строгой идентификации всё равно нужна таблица и заряд ядра.