วิธีการหาจำนวนนิวตรอนในไอโซโทป

อะตอมประกอบขึ้นเป็นสสารทั้งหมด ทุกสิ่งที่มีมวลและปริมาตร ไม่ว่าจะมากหรือน้อย ล้วนประกอบด้วยอะตอม น่าประหลาดใจที่อะตอมขนาดเล็กมีอนุภาคที่เล็กกว่า โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนเป็นองค์ประกอบหลักสามประการของอะตอมทั้งหมด จำนวนและการจัดเรียงของอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่สามารถจินตนาการได้ทั้งสามนี้จะกำหนดคุณสมบัติและพฤติกรรมของอะตอมที่มีอยู่

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ในการหาจำนวนนิวตรอนในไอโซโทป ให้ลบจำนวนโปรตอนออกจากมวลอะตอมของไอโซโทป เลขอะตอมของธาตุเท่ากับจำนวนโปรตอน การคำนวณจำนวนนิวตรอนจะกลายเป็นมวลอะตอมของไอโซโทปลบด้วยเลขอะตอมของธาตุเท่ากับจำนวนนิวตรอน สำหรับยูเรเนียม-235 เลขอะตอม 92 จำนวนนิวตรอนคือ 235-92=143 หรือ 143 นิวตรอน

อะตอมเกือบทั้งหมดมีอนุภาคหลักสามตัว ได้แก่ โปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน โปรตอนและนิวตรอนประกอบขึ้นเป็นนิวเคลียสหรือศูนย์กลางของอะตอม อิเล็กตรอนซึ่งเล็กกว่าโปรตอนและนิวตรอนมาก จะวนรอบนิวเคลียส เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง โปรตอนมีประจุบวก นิวตรอนไม่มีประจุ และอิเล็กตรอนมีประจุลบ ในอะตอมที่เป็นกลาง จำนวนโปรตอนเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอน แต่จำนวนนิวตรอนไม่เท่ากับจำนวนโปรตอนเสมอไป

จำนวนโปรตอนในอะตอมกำหนดชนิดของธาตุที่อะตอมก่อตัว ไฮโดรเจนซึ่งเป็นธาตุแรกในตารางธาตุมีโปรตอนเพียงตัวเดียว ฮีเลียมที่สองในตารางธาตุมีโปรตอนสองตัว ทองคำ เลข 79 ในตารางธาตุ มีโปรตอน 79 ตัว ตารางธาตุแสดงองค์ประกอบตามลำดับจำนวนโปรตอนในอะตอม

ไอโซโทปของธาตุหมายถึงอะตอมที่มีเลขอะตอมเท่ากัน แต่มีเลขมวลต่างกัน ดังนั้น ไอโซโทปของธาตุจึงมีจำนวนนิวตรอนต่างกัน ไฮโดรเจนมีสามไอโซโทป ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นรูปแบบที่พบบ่อยที่สุดของอะตอม มีโปรตอนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ดิวเทอเรียม หนึ่งในไอโซโทปของไฮโดรเจน ยังมีโปรตอนเพียงตัวเดียวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว แต่ก็มีนิวตรอนหนึ่งตัวเช่นกัน ทริเทียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจนอีกชนิดหนึ่ง ยังมีโปรตอนเพียงตัวเดียวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว แต่มีนิวตรอนสองนิวตรอน

มวลของอะตอมประกอบด้วยมวลรวมของโปรตอนและนิวตรอน มวลของอิเล็กตรอนมีน้อยมากในมวลรวมของอะตอม โปรตอนวัดประมาณหนึ่งหน่วยมวลอะตอมและนิวตรอนวัดมากกว่าหนึ่งหน่วยมวลอะตอมเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ในการหาจำนวนนิวตรอนในอะตอม ให้ลบเลขอะตอมออกจากมวลอะตอม

เลขอะตอมและมวลอะตอมเฉลี่ยสามารถพบได้ในตารางธาตุ อย่างไรก็ตาม มวลของไอโซโทปที่แตกต่างกันมักถูกเขียนขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของชื่อไอโซโทป ยูเรเนียม-235 หมายถึง ธาตุยูเรเนียม เลขอะตอม 92 มีโปรตอน 92 ตัว และมีมวลอะตอมเท่ากับ 235 ในทางกลับกัน ยูเรเนียม-238 มีมวล 238 แต่ก็ยังมีโปรตอนเพียง 92 ตัว วิธีอื่นในการเขียนไอโซโทปแสดงมวลอะตอมเป็นตัวยกและเลขอะตอมเป็นตัวห้อย ยูเรเนียม-235 สามารถเขียนเป็น ²³⁵₉₂ U โดยที่ U เป็นตัวย่อมาตรฐานสำหรับยูเรเนียม

การใช้ไอโซโทปไฮโดรเจนเป็นตัวอย่าง อะตอม "ปกติ" ของไฮโดรเจนมีมวลอะตอมเท่ากับ 1 และเลขอะตอมคือ 1 ซึ่งหมายความว่าอะตอมมีโปรตอนเพียงตัวเดียว โดยใช้สูตรนี้ มวลอะตอม 1 ลบเลขอะตอมหรือจำนวนโปรตอนของ 1 ให้สมการ 1-1=0 ดังนั้นอะตอมไฮโดรเจนจึงมี 0 นิวตรอน ในทางกลับกัน ทริเทียม ซึ่งเป็นไอโซโทปของไฮโดรเจน มีมวลอะตอมเท่ากับ 3 แต่เลขอะตอมของไฮโดรเจนยังคงเป็น 1 เนื่องจากอะตอมมีโปรตอนเพียงตัวเดียว เมื่อใช้สมการ มวลอะตอมลบเลขอะตอมเท่ากับจำนวนนิวตรอน ให้ 3-1=2 ดังนั้นทริเทียมจึงมี 2 นิวตรอน

องค์ประกอบทั่วไปอีกประการหนึ่งคือคาร์บอนก็มีไอโซโทปหลายชนิดเช่นกัน อะตอมของคาร์บอนปกติ เลขอะตอม 6 มีมวลอะตอมเท่ากับ 12 โดยใช้สูตรนี้ มวลอะตอมลบเลขอะตอมเท่ากับจำนวนนิวตรอน แสดง 12-6=6 ดังนั้นอะตอมของคาร์บอน-12 มี 6 นิวตรอน คาร์บอน-14 ซึ่งใช้สำหรับการตรวจวัดอายุกัมมันตภาพรังสีของฟอสซิลที่มีอายุต่ำกว่า 10,000 ปี ยังมีโปรตอน 6 ตัว แต่มีมวลอะตอม 14 การคำนวณจำนวนนิวตรอนใช้สูตรเดียวกัน ดังนั้น 14-6=8 ดังนั้นคาร์บอน-14จึงมี 8 นิวตรอนในนิวเคลียส