3 sposoby obliczania masy atomowej

2024 Autor: Jason Gerald | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-19 22:13

Masa atomowa jest sumą wszystkich protonów, neutronów i elektronów w pojedynczym atomie lub cząsteczce. Masa elektronu jest tak mała, że można ją zignorować i nie brać pod uwagę. Chociaż technicznie niepoprawny, termin masa atomowa jest również często używany w odniesieniu do średniej masy atomowej wszystkich izotopów pierwiastka. Ta druga definicja to w rzeczywistości względna masa atomowa, znana również jako masa atomowa element. Masa atomowa uwzględnia średnią masę naturalnie występujących izotopów tego samego pierwiastka. Chemicy muszą rozróżnić te dwa rodzaje masy atomowej, aby kierować swoją pracą – na przykład nieprawidłowa wartość masy atomowej może prowadzić do nieprawidłowego obliczenia wyników eksperymentalnych.

Krok

Metoda 1 z 3: Odczyt masy atomowej w układzie okresowym

Krok 1. Dowiedz się, jak przedstawiać masę atomową

Masa atomowa to masa atomu lub cząsteczki. Masę atomową można wyrazić w standardowych jednostkach masy SI – gramach, kilogramach itp. Jednakże, ponieważ masa atomowa jest bardzo mała, gdy jest wyrażona w tych jednostkach, masa atomowa jest często wyrażana w złożonych jednostkach masy atomowej (zwykle w skrócie u lub amu). Standardem dla jednej jednostki masy atomowej jest 1/12 masy standardowego izotopu węgla-12.

Jednostka masy atomowej wyraża masę jednego mola pierwiastka lub cząsteczki w gramach. Jest to bardzo przydatna właściwość w praktycznych obliczeniach, ponieważ ta jednostka ułatwia przeliczanie między masami i molami ilości atomów lub cząsteczek tego samego rodzaju

Krok 2. Znajdź masę atomową w układzie okresowym

Większość tablic okresowych zawiera względną masę atomową (masę atomową) każdego pierwiastka. Ta masa jest prawie zawsze podana jako liczba na dole siatki pierwiastków w tabeli, poniżej symbolu chemicznego, który odczytuje literę lub dwie. Ta liczba jest zwykle przedstawiana jako ułamek dziesiętny, a nie liczba całkowita.

Zauważ, że względne masy atomowe wymienione w układzie okresowym są średnimi wartościami powiązanych pierwiastków. Pierwiastki chemiczne mają różne izotopy – formy chemiczne, które mają różne masy w wyniku dodania lub odjęcia jednego lub więcej neutronów z jądra atomowego. Zatem względna masa atomowa wymieniona w układzie okresowym może być użyta jako średnia wartość dla atomów danego pierwiastka, ale nie jako masa pojedynczego atomu pierwiastka.
Względne masy atomowe, takie jak te znajdujące się w układzie okresowym, są wykorzystywane do obliczania mas molowych atomów i cząsteczek. Masa atomowa, gdy jest reprezentowana w amu, tak jak w układzie okresowym, technicznie nie ma jednostek. Jednak pomnożenie masy atomowej przez 1 g/mol daje nam wielkość, którą możemy zastosować do masy molowej pierwiastka – masę (w gramach) jednego mola atomu pierwiastka.

Krok 3. Zrozum, że wartości w układzie okresowym są średnimi masami atomowymi pierwiastka

Jak już wyjaśniono, względna masa atomowa wymieniona dla każdego pierwiastka w układzie okresowym jest średnią wartością wszystkich izotopów atomu. Ta średnia jest ważna dla wielu praktycznych obliczeń – na przykład obliczania masy molowej cząsteczki składającej się z kilku atomów. Jednak przy pracy z pojedynczymi atomami ta liczba jest czasem niewystarczająca.

Wartość w układzie okresowym nie jest dokładną wartością dla pojedynczej masy atomowej, ponieważ jest to średnia kilku różnych typów izotopów.
Masy atomowe poszczególnych atomów należy obliczyć z uwzględnieniem dokładnej liczby protonów i neutronów w pojedynczym atomie.

Metoda 2 z 3: Obliczanie masy atomowej dla poszczególnych atomów

Krok 1. Znajdź liczbę atomową pierwiastka lub izotopu

Liczba atomowa to liczba protonów w elemencie i nie ma zmiennej liczby. Na przykład wszystkie atomy wodoru i tylko atomy wodoru mają jeden proton. Liczba atomowa sodu wynosi 11, ponieważ w jego jądrze znajduje się jedenaście protonów, natomiast liczba atomowa tlenu wynosi 8, ponieważ jej jądro ma osiem protonów. Liczbę atomową dowolnego pierwiastka można znaleźć w układzie okresowym – w prawie każdym standardowym układzie okresowym. Liczba atomowa to liczba nad symbolem chemicznym, która zawiera jedną lub dwie litery. Ta liczba jest zawsze dodatnią liczbą całkowitą.

Załóżmy, że pracujemy z atomami węgla. Węgiel zawsze ma sześć protonów. Wiemy więc, że jego liczba atomowa wynosi 6. Widzimy również w układzie okresowym pierwiastków, że pole węgla (C) ma u góry liczbę „6”, co wskazuje, że liczba atomowa węgla wynosi sześć.
Zauważ, że liczba atomowa pierwiastka nie ma bezpośredniego wpływu na jego względną masę atomową, jak to jest zapisane w układzie okresowym. Chociaż wydaje się prawdopodobne, że masa atomowa atomu jest dwukrotnością jego liczby atomowej (zwłaszcza wśród pierwiastków na szczycie układu okresowego), masy atomowej nigdy nie oblicza się przez pomnożenie liczby atomowej pierwiastka przez dwa.

Krok 2. Znajdź liczbę neutronów w jądrze

Liczba neutronów może być różna dla atomów danego pierwiastka. Chociaż dwa atomy o tej samej liczbie protonów i różnej liczbie neutronów są tym samym pierwiastkiem, są to różne izotopy pierwiastka. W przeciwieństwie do liczby protonów w elemencie, który nigdy się nie zmienia, liczba neutronów w atomach danego pierwiastka może się zmieniać, więc średnia masa atomowa pierwiastka musi być reprezentowana jako wartość dziesiętna między dwiema liczbami całkowitymi.

Liczbę neutronów można określić, określając izotop pierwiastka. Na przykład węgiel-14 jest naturalnie występującym radioaktywnym izotopem węgla-12. Często zobaczysz, że izotopy mają małą liczbę u góry (indeks górny) przed symbolem elementu: ¹⁴C. Liczbę neutronów oblicza się odejmując liczbę protonów od liczby izotopów: 14 – 6 = 8 neutronów.
Załóżmy, że atom węgla, z którym pracujemy, ma sześć neutronów (¹²C). Jest to najpowszechniejszy izotop węgla, stanowiący prawie 99% wszystkich atomów węgla. Jednak około 1% atomów węgla ma 7 neutronów (¹³C). Inne rodzaje atomów węgla, które mają mniej lub więcej niż 6 lub 7 neutronów, są bardzo nieliczne.

Krok 3. Dodaj liczbę protonów i neutronów

To jest masa atomowa atomu. Nie przejmuj się liczbą elektronów krążących wokół jądra – łączna masa jest tak mała, że w większości praktycznych przypadków ta masa nie wpłynie na twoją odpowiedź.

Nasz atom węgla ma 6 protonów + 6 neutronów = 12. Masa atomowa tego konkretnego atomu węgla wynosi 12. Jeśli jednak atom jest izotopem węgla-13, wiemy, że atom ma 6 protonów + 7 neutronów = masa atomowa z 13.
Rzeczywista masa atomowa węgla 13 wynosi 13 003355, a ta masa jest dokładniejsza, ponieważ została określona eksperymentalnie.
Masa atomowa jest prawie równa liczbie izotopów pierwiastka. Dla podstawowych celów obliczeniowych liczba izotopów jest równa masie atomowej. Po wyznaczeniu doświadczalnym masa atomowa jest nieco większa niż liczba izotopów ze względu na bardzo mały udział masowy elektronów.

Metoda 3 z 3: Obliczanie względnej masy atomowej (masy atomowej) pierwiastka

Krok 1. Określ izotopy obecne w próbce

Chemicy często określają względne proporcje izotopów w próbce za pomocą specjalnego przyrządu zwanego spektrometrem mas. Jednak na lekcjach chemii dla studentów i studentów informacje te są często podawane w testach szkolnych itp. w formie ocen, które zostały określone w literaturze naukowej.

Dla naszych celów załóżmy, że pracujemy z izotopami węgla-12 i węgla-13

Krok 2. Określ względną zawartość każdego izotopu w próbce

W danym elemencie różne izotopy występują w różnych proporcjach. Ta proporcja jest prawie zawsze oznaczana jako procent. Niektóre izotopy mają bardzo wspólne proporcje, podczas gdy inne są niezwykle rzadkie – czasami tak rzadkie, że te proporcje są ledwo wykrywalne. Informacje te można określić za pomocą spektrometrii mas lub z podręczników.

Załóżmy, że obfitość węgla-12 wynosi 99%, a ilość węgla-13 wynosi 1%. Inne izotopy węgla istnieją, ale w tak małych ilościach, że można je pominąć w tym przykładzie

Krok 3. Pomnóż masę atomową każdego izotopu przez jego udział w próbce

Pomnóż masę atomową każdego izotopu przez jego procentową obfitość (zapisaną w postaci dziesiętnej). Aby zamienić procent na ułamek dziesiętny, po prostu podziel procent przez 100. Liczba procentów, które zostały zamienione na ułamek dziesiętny, zawsze będzie wynosić 1.

Nasza próbka zawiera węgiel-12 i węgiel-13. Jeśli węgiel-12 stanowi 99% próbki, a węgiel-13 stanowi 1% próbki, pomnóż 12 (masa atomowa węgla-12) przez 0,99 i 13 (masa atomowa węgla-13) przez 0,01.
Poradniki podają proporcje procentowe w oparciu o wszystkie znane ilości izotopów pierwiastków. Większość podręczników do chemii zawiera te informacje w tabeli na końcu książki. Spektrometr mas może również określić proporcję badanej próbki.

Krok 4. Dodaj wyniki

Dodaj wyniki mnożenia wykonane w poprzednim kroku. Wynikiem tej sumy jest względna masa atomowa twojego pierwiastka – średnia mas atomowych izotopów twojego pierwiastka. Przy omawianiu pierwiastków w ogóle, a nie konkretnych izotopów pierwiastka, ta wartość jest używana.