العدد الذري وعدد الكتلة والنظائر Atomic Number, Mass Number and Isotopes

يمكن معرفة الذرات المختلفة والتفرقة بينهم بمعرفة عدد البروتونات والنيوترونات فيهم. والعدد الذري هو عدد البروتونات في نواة ذرة أي عنصر، وفي الذرة المتعادلة كهربيا دائما ما يكون عدد البروتونات مساويا لعدد الإلكترونات وبذلك يمكن استخدام العدد الذري لمعرفة عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة. ولكن تحديد الخواص الكيميائية لأي عنصر راجع فقط للعدد الذري على سبيل المثال لغاز الفلور العدد الذري تسعة مما يعني أن ذرة الفلور تحتوي على 9 بروتونات 9 إلكترونات. وهذا يعني أيضا أن أي ذرة على أي مكان من الكون تحتوي على 9 بروتونات هي ذرة لعنصر الفلور.

ويعرف عدد الكتلة بأنه العدد الكلي للبروتونات والنيوترونات الموجودة في نواة ذرة أي عنصر. وفيما عدا نواة الهيدروجين الأكثر شيوعا التي تحتوي فقط على بروتون واحد ولا تحتوي على أي نيوترون فإن جميع أنوية العناصر الأخرى تتكون من عدد من البروتونات والنيوترونات. وبصفة عامة يعبر عن عدد الكتلة بالعلاقة

mass number = number of proton + number neutron

                      = atomic number + number of neutron   

ويحسب عدد النيوترونات في النواة من حاصل طرح عدد البروتونات أو العدد الذري من عدد الكتلة أي (Z–A)

فمثلا عدد الكتلة في ذرة الفلور 19 وعدده الذري 9 بما يعني أن عدد النيوترونات يساوي 10 نيوترون. مع وجوب ملاحظة أن كل من العدد الذري وعدد الكتلة وعدد النيوترونات يجب أن تكون أعداد صحيحة موجبة.

وقد وجد أن ذرات نفس العنصر لاتمتلك بالضرورة دائما نفس عدد الكتلة، وأن كثيرا من العناصر لها نظيرين أو أكثر، حيث تعرف النظائر بأنها أشكال مختلفة لذرات نفس العنصر تحتوي على عدد مختلف من النيوترونات أي أن لها أعداد كتلة مختلفة. على سبيل المثال هناك ثلاث نظائر للهيدروجين، أبسطها هو الذي يمتلك بروتونا واحد فقط، وهناك أيضا النظير الذي يطلق عليه الديوتيريوم الذي يحتوي على بروتون ونيوترون وله عدد الكتلة 2، أما التريتيريوم فله عدد الكتلة 3 أي أنه يحتوي على بروتون واحد ونيوترونين.

ومن الأمثلة الشائعة على النظائر هي نظيري اليورانيوم 235 و238 حيث تمثل هذه الأرقام أعداد الكتلة

يستخدم النظير اليورانيوم 235 في المفاعلات النووية والقنابل النووية الانشطارية. بينما لايمتلك النظير 238 نفس الخواص الانشطارية الموجودة في النظير 235. وفيما عدا الهيدروجين الذي اعطيت نظاره الثلاث أسماء مختلفة فإن تسمية نظائر باقي العناصر المعروفة تكون نسبة إلى عدد كتلة النظير، فمثلا تسمى نظائر اليورانيوم لفظيا كالتالي (يورانيوم مئتين وخمسة وثلاثون uranium two thirty five) و (يورانيوم مئتين وثمانية وثلاثون uranium two thirty eight).

تعتمد الخواص الكيميائية لأي عنصر بشكل أساسي على البروتونات والإلكترونات الموجودة به، أما النيوترونات فليس لها أي تأثير على الخواص الكيميائية تحت الظروف العادية. وهذا يعني أن نظائر العنصر الواحد تمتلك نفس الخواص الكيميائية أي أنها تكون نفس المركبات ولها نفس التفاعلات.