Elke atoomkern, behalve waterstof, bevat zowel protonen als neutronen. Kernen zijn te klein om te zien, zelfs met een microscoop, en de nucleonen (de verzamelnaam voor protonen en neutronen) zijn nog kleiner. Dat laat het tellen van het aantal neutronen toe, maar wetenschappers weten nog steeds hoeveel er zich in de kernen van elke isotoop van elk element bevinden. Hoe weten ze dat? Ze gebruiken technieken als massaspectrometrie om de totale massa van de atomen van een bepaald element te meten. Zodra ze de totale massa kennen, is de rest eenvoudig.
De totale massa van een atoom is de som van al zijn protonen, neutronen en elektronen, maar elektronen zijn zo licht dat ze er in de praktijk niet toe doen. Dat betekent dat de massa van een element de som is van de massa's van zijn nucleonen. Het aantal protonen is hetzelfde voor elk atoom van een bepaald element, en protonen en neutronen hebben dezelfde massa, dus alles wat je hoeft te doen doen is het aantal protonen aftrekken van de atomaire massa, gemeten in atomaire massa-eenheden (amu), en je blijft zitten met het aantal neutronen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
TL; DR (te lang; niet gelezen)
De atomaire massa is gelijk aan het aantal protonen plus het aantal neutronen, dus je vindt het aantal neutronen door het aantal protonen (d.w.z. het atoomnummer) af te trekken van de atoommassa (in atoommassa eenheden). Rond de atoommassa af op het dichtstbijzijnde gehele getal om het aantal neutronen in de meest voorkomende isotoop te vinden.
Gebruik het periodiek systeem
Het periodiek systeem geeft een overzicht van alle elementen door het aantal protonen te verhogen, dus de plaats die een element in de tabel inneemt, vertelt je automatisch hoeveel protonen er in de kern zijn. Dit is het atoomnummer van het element en het wordt direct onder het symbool voor het element weergegeven. Ernaast staat een ander getal, namelijk de atomaire massa. Dit getal is altijd groter dan het atoomnummer en bevat vaak een breuk, omdat het een gemiddelde is van de atoommassa's van alle natuurlijk voorkomende isotopen van dat element. Je kunt het gebruiken om het gemiddelde aantal protonen in de kern van dat element te bepalen.
De procedure kan niet eenvoudiger. Rond de atoommassa af op het dichtstbijzijnde gehele getal en trek er vervolgens het atoomnummer van het element van af. Het verschil is gelijk aan het aantal neutronen.
Voorbeeld
1. Wat is het aantal neutronen gemiddeld in de uraniumkern?
Uranium is het 92e element in het periodiek systeem, dus het atoomnummer 92 en het heeft 92 protonen in de kern. Het periodiek systeem geeft de atoommassa weer als 238.039 amu. Rond de atoommassa af op 238, trek het atoomnummer af en je houdt 146 neutronen over. Uranium heeft een groot aantal neutronen in verhouding tot het aantal protonen, daarom zijn al zijn isotopen radioactief.
Het aantal neutronen in een isotoop
Het aantal neutronen in de kern van een bepaald element kan variëren, en elke versie van het element met zijn karakteristieke aantal neutronen staat bekend als een isotoop. Op 20 na hebben alle elementen meer dan één isotoop, en sommige hebben er veel. Tin (Sn) voert de lijst aan met tien isotopen, gevolgd door xenon (Xe) met negen.
Elke isotoop van een element bestaat uit een geheel aantal protonen en neutronen, dus de atoommassa is de eenvoudige som van die nucleonen. De atomaire massa van een isotoop is nooit fractioneel. Wetenschappers hebben twee manieren om een isotoop aan te duiden. Als we een isotoop van koolstof als voorbeeld nemen, kun je het schrijven als C-14 of 14C. Het getal is de atoommassa. Trek het atoomnummer van het element af van de atoommassa van de isotoop, en het resultaat is het aantal neutronen in de kern van die isotoop.
In het geval van C-14 is het atoomnummer van koolstof 6, dus er moeten 8 neutronen in de kern zijn. Dat zijn er twee meer dan de meer gebruikelijke, gebalanceerde isotoop, C-12. De extra massa maakt C-14 radioactief.