Ατομική μάζα είναι το άθροισμα όλων των πρωτονίων, νετρονίων και ηλεκτρονίων σε ένα άτομο ή μόριο. Η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι τόσο μικρή που μπορεί να αγνοηθεί και να μην ληφθεί υπόψη. Αν και τεχνικά λάθος, ο όρος ατομική μάζα χρησιμοποιείται επίσης συχνά για να αναφέρεται στη μέση ατομική μάζα όλων των ισοτόπων ενός στοιχείου. Αυτός ο δεύτερος ορισμός είναι στην πραγματικότητα σχετική ατομική μάζα, η οποία είναι επίσης γνωστή ως ατομικό βάρος ένα στοιχείο. Το ατομικό βάρος λαμβάνει υπόψη τη μέση μάζα φυσικών ισότοπων του ίδιου στοιχείου. Οι χημικοί πρέπει να κάνουν διάκριση μεταξύ αυτών των δύο τύπων ατομικής μάζας για να καθοδηγήσουν το έργο τους - για παράδειγμα, μια εσφαλμένη τιμή ατομικής μάζας μπορεί να οδηγήσει σε λανθασμένο υπολογισμό των πειραματικών αποτελεσμάτων.
Βήμα
Μέθοδος 1 από 3: Ανάγνωση της ατομικής μάζας στον περιοδικό πίνακα
Βήμα 1. Κατανοήστε τον τρόπο αναπαράστασης της ατομικής μάζας
Η ατομική μάζα είναι η μάζα ενός ατόμου ή μορίου. Η ατομική μάζα μπορεί να εκφραστεί σε τυπικές μονάδες μάζας SI - γραμμάρια, χιλιόγραμμα κ.λπ. Ωστόσο, επειδή η ατομική μάζα είναι πολύ μικρή όταν εκφράζεται σε αυτές τις μονάδες, η ατομική μάζα εκφράζεται συχνά σε σύνθετες μονάδες ατομικής μάζας (συνήθως συντομογραφία u ή amu). Το πρότυπο για μια μονάδα ατομικής μάζας είναι το 1/12 της μάζας του τυπικού ισοτόπου άνθρακα-12.
Η μονάδα ατομικής μάζας εκφράζει τη μάζα ενός γραμμομορίου ενός στοιχείου ή μορίου σε γραμμάρια. Αυτή είναι μια πολύ χρήσιμη ιδιότητα σε πρακτικούς υπολογισμούς επειδή αυτή η μονάδα καθιστά εύκολη τη μετατροπή μεταξύ μάζας και γραμμομορίων ποσοτήτων ατόμων ή μορίων του ίδιου είδους
Βήμα 2. Βρείτε την ατομική μάζα στον περιοδικό πίνακα
Οι περισσότεροι περιοδικοί πίνακες απαριθμούν τη σχετική ατομική μάζα (ατομικό βάρος) κάθε στοιχείου. Αυτή η μάζα αναφέρεται σχεδόν πάντα ως αριθμός στο κάτω μέρος του πλέγματος στοιχείων στον πίνακα, κάτω από ένα χημικό σύμβολο που διαβάζει ένα ή δύο γράμματα. Αυτός ο αριθμός αναπαρίσταται συνήθως ως δεκαδικός παρά ως ακέραιος αριθμός.
- Σημειώστε ότι οι σχετικές ατομικές μάζες που παρατίθενται στον περιοδικό πίνακα είναι οι μέσες τιμές των σχετικών στοιχείων. Τα χημικά στοιχεία έχουν διαφορετικά ισότοπα - χημικές μορφές που έχουν διαφορετικές μάζες λόγω της προσθήκης ή αφαίρεσης ενός ή περισσοτέρων νετρονίων από τον ατομικό πυρήνα. Έτσι, η σχετική ατομική μάζα που παρατίθεται στον περιοδικό πίνακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέση τιμή για τα άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου, αλλά όχι ως μάζα ενός μόνο ατόμου του στοιχείου.
- Σχετικές ατομικές μάζες, όπως αυτές που βρίσκονται στον περιοδικό πίνακα, χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των γραμμομοριακών μαζών ατόμων και μορίων. Η ατομική μάζα, όταν παριστάνεται σε amu όπως στον περιοδικό πίνακα, τεχνικά δεν έχει μονάδες. Ωστόσο, ο πολλαπλασιασμός της ατομικής μάζας με 1 g/mol μας δίνει μια ποσότητα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μοριακή μάζα του στοιχείου - τη μάζα (σε γραμμάρια) ενός γραμμομορίου ενός ατόμου του στοιχείου.
Βήμα 3. Κατανοήστε ότι οι τιμές στον περιοδικό πίνακα είναι οι μέσες ατομικές μάζες για ένα στοιχείο
Όπως έχει ήδη εξηγηθεί, η σχετική ατομική μάζα που αναφέρεται για κάθε στοιχείο στον περιοδικό πίνακα είναι η μέση τιμή όλων των ισοτόπων του ατόμου. Αυτός ο μέσος όρος είναι σημαντικός για πολλούς πρακτικούς υπολογισμούς - για παράδειγμα, για τον υπολογισμό της γραμμομοριακής μάζας ενός μορίου που αποτελείται από πολλά άτομα. Ωστόσο, όταν εργάζεστε με μεμονωμένα άτομα, αυτός ο αριθμός μερικές φορές δεν είναι επαρκής.
- Η τιμή στον περιοδικό πίνακα δεν είναι μια ακριβής τιμή για οποιαδήποτε ατομική μάζα επειδή είναι ένας μέσος όρος πολλών διαφορετικών τύπων ισοτόπων.
- Οι ατομικές μάζες για μεμονωμένα άτομα πρέπει να υπολογιστούν λαμβάνοντας υπόψη τον ακριβή αριθμό πρωτονίων και νετρονίων σε ένα μόνο άτομο.
Μέθοδος 2 από 3: Υπολογισμός ατομικής μάζας για μεμονωμένα άτομα
Βήμα 1. Βρείτε τον ατομικό αριθμό του στοιχείου ή του ισότοπου
Ο ατομικός αριθμός είναι ο αριθμός των πρωτονίων σε ένα στοιχείο και δεν έχει μεταβαλλόμενο αριθμό. Για παράδειγμα, όλα τα άτομα υδρογόνου, και μόνο τα άτομα υδρογόνου, έχουν ένα πρωτόνιο. Το νάτριο έχει ατομικό αριθμό 11 επειδή ο πυρήνας του έχει έντεκα πρωτόνια, ενώ το οξυγόνο έχει ατομικό αριθμό 8 επειδή ο πυρήνας του έχει οκτώ πρωτόνια. Μπορείτε να βρείτε τον ατομικό αριθμό οποιουδήποτε στοιχείου στον περιοδικό πίνακα - σε σχεδόν οποιοδήποτε τυπικό περιοδικό πίνακα. Ο ατομικός αριθμός είναι ο αριθμός πάνω από το χημικό σύμβολο που διαβάζει ένα ή δύο γράμματα. Αυτός ο αριθμός είναι πάντα ένας θετικός ακέραιος αριθμός.
- Ας υποθέσουμε ότι δουλεύουμε με άτομα άνθρακα. Ο άνθρακας έχει πάντα έξι πρωτόνια. Έτσι, γνωρίζουμε ότι ο ατομικός του αριθμός είναι 6. Βλέπουμε επίσης στον περιοδικό πίνακα ότι το πλαίσιο για τον άνθρακα (C) έχει τον αριθμό "6" στην κορυφή, υποδεικνύοντας ότι ο ατομικός αριθμός άνθρακα είναι έξι.
- Σημειώστε ότι ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου δεν έχει άμεση επίδραση στη σχετική ατομική μάζα του, όπως γράφεται στον περιοδικό πίνακα. Ενώ φαίνεται πιθανό ότι η ατομική μάζα ενός ατόμου είναι διπλάσια από τον ατομικό του αριθμό (ειδικά μεταξύ των στοιχείων στην κορυφή του περιοδικού πίνακα), η ατομική μάζα δεν υπολογίζεται ποτέ πολλαπλασιάζοντας τον ατομικό αριθμό ενός στοιχείου επί δύο.
Βήμα 2. Βρείτε τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα
Ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να ποικίλει για άτομα ενός συγκεκριμένου στοιχείου. Αν και δύο άτομα με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων και διαφορετικό αριθμό νετρονίων είναι το ίδιο στοιχείο, είναι διαφορετικά ισότοπα του στοιχείου. Σε αντίθεση με τον αριθμό των πρωτονίων σε ένα στοιχείο που δεν αλλάζει ποτέ, ο αριθμός των νετρονίων στα άτομα ενός δεδομένου στοιχείου μπορεί να ποικίλει, οπότε η μέση ατομική μάζα του στοιχείου πρέπει να αναπαρασταθεί ως δεκαδική τιμή μεταξύ δύο ακέραιων αριθμών.
- Ο αριθμός των νετρονίων μπορεί να προσδιοριστεί καθορίζοντας το ισότοπο ενός στοιχείου. Για παράδειγμα, ο άνθρακας-14 είναι ένα φυσικό ραδιενεργό ισότοπο του άνθρακα-12. Συχνά θα βλέπετε ισότοπα να έχουν εκχωρηθεί ένα μικρό αριθμό στο επάνω μέρος (επιγραφή) πριν από το σύμβολο στοιχείου: 14Γ. Ο αριθμός των νετρονίων υπολογίζεται αφαιρώντας τον αριθμό των πρωτονίων από τον αριθμό των ισοτόπων: 14 - 6 = 8 νετρόνια.
- Ας υποθέσουμε ότι το άτομο άνθρακα με το οποίο δουλεύουμε έχει έξι νετρόνια (12ΝΤΟ). Είναι το πιο κοινό ισότοπο άνθρακα, που αποτελεί σχεδόν το 99% όλων των ατόμων άνθρακα. Ωστόσο, περίπου 1% των ατόμων άνθρακα έχουν 7 νετρόνια (13ΝΤΟ). Οι άλλοι τύποι ατόμων άνθρακα, που έχουν περισσότερα ή λιγότερα από 6 ή 7 νετρόνια, είναι πολύ λίγοι σε αριθμό.
Βήμα 3. Προσθέστε τον αριθμό πρωτονίων και νετρονίων
Αυτή είναι η ατομική μάζα του ατόμου. Μην ανησυχείτε για τον αριθμό των ηλεκτρονίων που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα - η συνδυασμένη μάζα είναι τόσο μικρή που στις περισσότερες πρακτικές περιπτώσεις αυτή η μάζα δεν θα επηρεάσει πραγματικά την απάντησή σας.
- Το άτομο άνθρακα έχει 6 πρωτόνια + 6 νετρόνια = 12. Η ατομική μάζα του συγκεκριμένου ατόμου άνθρακα είναι 12. Ωστόσο, εάν το άτομο είναι ισότοπο του άνθρακα-13, γνωρίζουμε ότι το άτομο έχει 6 πρωτόνια + 7 νετρόνια = ατομικό βάρος από 13
- Το πραγματικό ατομικό βάρος του άνθρακα-13 είναι 13.003355, και αυτό το βάρος είναι πιο ακριβές επειδή προσδιορίστηκε πειραματικά.
- Η ατομική μάζα είναι σχεδόν ίση με τον αριθμό των ισοτόπων ενός στοιχείου. Για βασικούς σκοπούς υπολογισμού, ο αριθμός των ισοτόπων είναι ίσος με την ατομική μάζα. Όταν προσδιοριστεί πειραματικά, η ατομική μάζα είναι ελαφρώς μεγαλύτερη από τον αριθμό των ισοτόπων λόγω της πολύ μικρής συμβολής μάζας των ηλεκτρονίων.
Μέθοδος 3 από 3: Υπολογισμός της σχετικής ατομικής μάζας (ατομικό βάρος) ενός στοιχείου
Βήμα 1. Προσδιορίστε τα ισότοπα που υπάρχουν στο δείγμα
Οι χημικοί συχνά καθορίζουν τις σχετικές ισοτοπικές αναλογίες σε ένα δείγμα χρησιμοποιώντας ένα ειδικό όργανο που ονομάζεται φασματόμετρο μάζας. Ωστόσο, στα μαθήματα χημείας για μαθητές και φοιτητές, αυτές οι πληροφορίες σας δίνονται συχνά σε σχολικές εξετάσεις κ.λπ., με τη μορφή βαθμολογιών που έχουν καθοριστεί στην επιστημονική βιβλιογραφία.
Για τους σκοπούς μας, ας πούμε ότι εργαζόμαστε με τα ισότοπα άνθρακα-12 και άνθρακα-13
Βήμα 2. Προσδιορίστε τη σχετική αφθονία κάθε ισοτόπου στο δείγμα
Σε ένα δεδομένο στοιχείο, εμφανίζονται διαφορετικά ισότοπα σε διαφορετικές αναλογίες. Αυτή η αναλογία σχεδόν πάντα υποδηλώνεται ως ποσοστό. Ορισμένα ισότοπα έχουν πολύ κοινές αναλογίες, ενώ άλλα είναι εξαιρετικά σπάνια - μερικές φορές, τόσο σπάνια που αυτές οι αναλογίες είναι ελάχιστα ανιχνεύσιμες. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να προσδιοριστούν μέσω φασματομετρίας μάζας ή από βιβλία αναφοράς.
Ας υποθέσουμε ότι η αφθονία του άνθρακα-12 είναι 99% και η αφθονία του άνθρακα-13 είναι 1%. Άλλα ισότοπα άνθρακα υπάρχουν, αλλά σε τόσο μικρές ποσότητες που μπορούν να αγνοηθούν σε αυτό το παράδειγμα προβλήματος
Βήμα 3. Πολλαπλασιάστε την ατομική μάζα κάθε ισοτόπου με την αναλογία του στο δείγμα
Πολλαπλασιάστε την ατομική μάζα κάθε ισοτόπου με το ποσοστό της αφθονίας (γραμμένο σε δεκαδικό). Για να μετατρέψετε ένα ποσοστό σε δεκαδικό, απλά διαιρέστε το ποσοστό με 100. Ο αριθμός των ποσοστών που έχουν μετατραπεί σε δεκαδικό θα είναι πάντα 1.
- Το δείγμα μας περιέχει άνθρακα-12 και άνθρακα-13. Εάν ο άνθρακας-12 αποτελεί το 99% του δείγματος και ο άνθρακας-13 το 1% του δείγματος, πολλαπλασιάστε το 12 (ατομική μάζα άνθρακα-12) με 0,99 και 13 (ατομική μάζα άνθρακα-13) με 0,01.
- Τα βιβλία αναφοράς θα σας δώσουν ποσοστιαίες αναλογίες με βάση όλες τις γνωστές ποσότητες ισοτόπων ενός στοιχείου. Τα περισσότερα εγχειρίδια χημείας περιλαμβάνουν αυτές τις πληροφορίες σε έναν πίνακα στο πίσω μέρος του βιβλίου. Το φασματόμετρο μάζας μπορεί επίσης να καθορίσει την αναλογία του δείγματος που δοκιμάζεται.
Βήμα 4. Προσθέστε τα αποτελέσματα
Προσθέστε τα αποτελέσματα πολλαπλασιασμού που κάνατε στο προηγούμενο βήμα. Το αποτέλεσμα αυτού του αθροίσματος είναι η σχετική ατομική μάζα του στοιχείου σας - ο μέσος όρος των ατομικών μαζών των ισοτόπων του στοιχείου σας. Όταν συζητάμε στοιχεία γενικά και όχι συγκεκριμένα ισότοπα του στοιχείου, χρησιμοποιείται αυτή η τιμή.
