فهم العدد الكتلي

العدد الكتلي يمثل مجموع البروتونات والنيوترونات الموجودة في نواة ذرة العنصر، ويُرمز له بالرمز (A). يُحسب العدد الكتلي لأي ذرة بناءً على الكتلة الذرية مقربةً إلى أقرب عدد صحيح. يُستخدم هذا العدد لتنظيم جدول النظائر (بالإنجليزية: Chart of Nuclides). ومن خلال الأبحاث العلمية، توصل العلماء إلى وجود ذرات تحمل نفس العدد الذري ولكنها تختلف في عددها الكتلي، مما أدى إلى تصنيفها كـالنظائر (بالإنجليزية: Isotopes)، مثل: 168O، 178O، 188O. عند كتابة عنصر بذكر العدد الذري والعدد الكتلي، يُكتب العدد الذري في أسفل يسار الرمز، بينما العدد الكتلي يُكتب في أعلى يسار الرمز (AZX). على سبيل المثال، العدد الكتلي للنيتروجين هو 14 وعدد البروتونات فيه 7، لذلك يُكتب بهذا الشكل: (147N).

هناك اختلاف بين العدد الذري والعدد الكتلي؛ حيث يعبر العدد الذري عن عدد البروتونات في الذرة ويرمز له بالرمز (Z). يعتبر العدد الذري مهماً لأنه يحدد هوية العنصر وخصائصه الكيميائية. يجب أن يتساوى عدد البروتونات مع عدد الإلكترونات في ذرّة متعادلة، كما أن عدد البروتونات ثابت لكل عنصر. فإذا تغيّر العدد الذري، يتغير العنصر ذاته. على سبيل المثال، تحتوي ذرات الأكسجين على 8 بروتونات، مما يجعل العدد الذري للأكسجين هو 8، وأي تغيير في هذا العدد يعني أن الذرة لن تكون ذرة أكسجين.

طرق حساب العدد الكتلي

يمكن حساب العدد الكتلي لأي عنصر باستخدام المعادلة التالية: العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات. حيث أن كتلة الإلكترونات لا تُحسب بسبب حجمها الضئيل للغاية. يمكن أيضاً تحديد عدد النيوترونات من خلال المعادلة: عدد النيوترونات = العدد الكتلي – العدد الذري. فيما يلي بعض الأمثلة التوضيحية:

• مثال(1): في ذرة الهيليوم (He) عدد البروتونات هو 2 وعدد النيوترونات هو 2. ما هو العدد الكتلي؟
  • الحل: العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات، إذاً: العدد الكتلي = 2 + 2 = 4.
• مثال(2): ما هو العدد الكتلي لعنصر الليثيوم (Li) إذا كان عدد البروتونات 3 وعدد النيوترونات 4؟
  • الحل: العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات، وبالتالي العدد الكتلي = 3 + 4 = 7.
• مثال(3): ما هو عدد النيوترونات في ذرة الكروم (Cr)، التي عددها الذري 24 وعددها الكتلي 52؟
  • الحل: يمكن حساب عدد النيوترونات بطرح العدد الذري من العدد الكتلي، أي: عدد النيوترونات = 52 – 24 = 28 نيوتروناً.
• مثال(4): ذرة عددها الكتلي 32 وعددها الذري 16، فما هو عدد النيوترونات فيها؟
  • الحل: إذا كان العدد الذري يُساوي عدد البروتونات والعدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات، فإن: 32 = 16 + عدد النيوترونات، وبالتالي يكون عدد النيوترونات = 32 – 16 = 16 نيوتروناً.
• مثال(5): ذرة عددها الذري 11 وعدد النيوترونات 12، ما هو العدد الكتلي لها؟
  • الحل: العدد الذري يُساوي عدد البروتونات، وعدد البروتونات هو 11، لذلك العدد الكتلي = عدد البروتونات + عدد النيوترونات، وبالتالي العدد الكتلي = 11 + 12 = 23.
• مثال(6): ذرة عددها الذري 9 وعددها الكتلي 19، ما هو عدد البروتونات، عدد الإلكترونات وعدد النيوترونات فيها؟
  • الحل:
    • عدد البروتونات هو 9؛ لأن عدد البروتونات يُساوي دائماً العدد الذري.
    • عدد الإلكترونات هو 9؛ لأن عدد البروتونات يساوي عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة.
    • عدد النيوترونات هو 10؛ لأن عدد النيوترونات يمكن حسابه بطرح العدد الذري من العدد الكتلي، أي: (عدد البروتونات + عدد النيوترونات) – (عدد البروتونات) = عدد النيوترونات.

التمييز بين العدد الكتلي والكتلة الذرية

يوجد فرق بين العدد الكتلي والكتلة الذرية؛ فالعدد الكتلي يمثل إجمالي عدد البروتونات والنيوترونات داخل نواة العنصر، بينما تعبر الكتلة الذرية عن الكتلة المتوسطة للبروتونات والنيوترونات للنظائر الخاصة بالعنصر الموجودة في الطبيعة. كما أن العدد الكتلي يكون دائماً عددًا صحيحًا، بينما الكتلة الذرية يمكن أن تكون أعدادًا عشرية، حيث تعبر عن الكتلة الدقيقة للذرة. تُقاس الكتلة الذرية بوحدة الكتلة الذرية (amu)، حيث تمثل وحدة الكتلة الذرية الواحدة 1/12 من كتلة ذرة الكربون-12 (12C). على سبيل المثال، تضم ذرة الكربون-12 6 نيوترونات، وبالتالي فإن الكتلة الذرية تساوي 12 وحدة كتلة ذرية، إذ لا يوجد أي نظير له كتلة صحيحة غير الكربون-12.

يمكن اعتبار الكتلة الذرية معادلة حسابياً للعدد الكتلي الخاص بالعنصر مع بعض الاختلافات في الأرقام العشرية. وتعود هذه الاختلافات إلى سببين رئيسيين: أولاً، البروتونات والنيوترونات لا تزن وحدة كتلة ذرية واحدة (amu) كاملة؛ حيث يزن البروتون 1.0072765 وحدة كتلة ذرية، والنيوترون 1.0086650 وحدة كتلة ذرية. ثانياً، يكون البروتونات والنيوترونات مرتبطةً ببعضها البعض في نواة ذرية مما يجعل كتلة النواة أقل من المجموع الكتلي للبروتونات والنيوترونات. ومن الجدير بالذكر أن العلماء يعرفون مصطلح الكتلة الذرية النسبية (بالإنجليزية: Relative Atomic Mass)، والذي يُعرف أيضًا باسم الوزن الذري (بالإنجليزية: Atomic Weight)؛ وهو متوسط الكتل الذرية لجميع النظائر المختلفة الموجودة في عينة عنصر معين، حيث لكل نظير كتل ذرية مختلفة لنفس العنصر.