Basiskennis chemie/Classificatie van stoffen/Kernfysica

Atomaire Massa

Een atoom is materie en heeft een massa. De SI eenheid van massa is de kg. De massa van een proton en neutron zijn nagenoeg gelijk en dat van een elektron verwaarloosbaar klein.

Deeltje	Massa (kg)
ProtonSjabloon:!! $1.6726\times 10^{-27}$
NeutronSjabloon:!!$1.6749\times 10^{-27}$
ElektronSjabloon:!!$9.1094\times 10^{-31}$

Atomaire Massa

Atomaire Massa-eenheid

Om gemakkelijker met deze heel kleine getallen te werken is de geünificeerde atomaire massa-eenheid, symbool u, ingevoerd.

{{Definitie|De atomaire massa-eenheid, symbool u, is 1/12e van de massa van één koolstof-12 atoom, 1.660540 x 10^-27kg }} Deze atomaire massa-eenheid is de massa van de kern, de elektronen en de zogenaamde bindingsenergie.

Merk op dat 1u kleiner is dan de massa van zowel het neutron als het proton.

Atomaire Massa-eenheid

Je zou verwachten 12u = 6*(massa proton + massa neutron + massa elektron). We hebben 6*(massa proton + massa neutron + massa elektron)> 12 u. Het verschil is een verlies aan massa dat is omgezet in energie. Dit verschil kunnen we als volgt berekenen: $6*1.007276u+6*1.008664u+6*0.00054858u-12u=0.09893148u$ en is het gevolg van bindingsenergie.

Massaverlies

Bindingsenergie

De bindingsenergie in een ¹²C atoom kunnen we berekenen via de beroemde formule van Einstein die een relatie bepaalt tussen energie en massa:

$E=m{c}^2$

Met

E = energie (in J)

m = massa (in kg)

c = lichtsnelheid 299.792.458 m/s

We berekenen de energie van 1u met deze formule: $\begin{array}{cc}E& =1.660540\times 10^{-27}kg*(2.99792458\times 10^{8}m/s{)}^2\\ & =14.92418924\times 10^{-11}J\end{array}$ Voor dergelijke kleine energiehoeveelheden wordt in de natuurkunde de eenheid Elektronvolt met symbool eV gehanteerd met de volgende verhouding tot de joule: 1eV = 1.60217653x10^-19J. Je krijgt:

$14.92418924\times 10^{-11}J=9.314946x10^{8}eV=931.5MeV$

en vindt dus de volgende relatie:

$1u\iff 931.5MeV$

Je kunt nu de bindingsenergie berekenen in een ¹²C atoomkern:

$0.09893148u*931.5MeV/u=92.15MeV$

Bindingsenergie

Atoommassa

De massa van een atoom wordt bepaald als het gewogen gemiddelde van de atomaire massa van de verschillende natuurlijk voorkomende isotopen. Gewogen gemiddelde wil zeggen dat de massa van een isotoop meetelt voor het percentage dat voorkomt in het natuurlijk voorkomen van de atoomsoort. In tabellen met de massa van de atomen treft men deze waarde aan. Bijvoorbeeld voor koolstof zijn er twee natuurlijke voorkomende isotopen, ${\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{12}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}12}\mathrm{C}$ en ${\phantom{A}}_{\phantom{}}^{\phantom{13}}{\phantom{A}}_{\phantom{2}}^{\phantom{2}13}\mathrm{C}$, met atomaire massa respectievelijk 12.000000u en 13.003355u en natuurlijk voorkomende percentages van 98,9 en 1,1. De gemiddelde atomaire massa is dan:

$\frac{98,9\times 12.000000u+1,1\times 13.003355u}{100}=12.01u$

Atoommassa