Як розрахувати атомну масу

Терміном "атомна маса", як правило, позначають масу одного атома або молекули. Найчастіше він також використовується (що в принципі некоректно) для позначення середньої атомної маси всіх ізотопів елемента. Друге визначення полягає в тому, що насправді це відносна атомна маса (або "атомний вагу") елемента - одиничне середнє значення маси елемента, що враховує маси його ізотопів, які неоднакові. Хіміки повинні розрізняти ці два типи атомної маси при виконанні своєї роботи - неправильне значення атомної маси може, наприклад, призвести до неправильного розрахунку по виходу продукту експерименту.

Кроки

Метод 1 з 3: Знаходження атомної маси в періодичній системі Д.І. Менделєєва

1. 

   1

   Розберіться в тому, як відображається атомна маса. Атомна маса, маса даного атома або молекули може бути виражена в стандартних одиницях системи СІ - грамах, кілограмах і т.д. Однак у зв`язку з тим, що атомні маси, виражені в таких одиницях, надзвичайно малі, їх часто висловлюють в уніфікованих одиницях атомної маси (які скорочуються як а.е.м. - атомні одиниці маси). Одна атомна одиниця маси дорівнює 1.660538921 * 10 кг ,, або 1/12 маси стандартного ізотопу вуглець-12. При вираженні атомної маси таким чином її називають відносною масою ізотопу, і вона має таке ж чисельне значення, як і атомна маса. Однак відносна маса ізотопу насправді - безрозмірна величина. У більшості випадків на практиці, атомна маса і відносна маса ізотопу - це по суті одне і те ж.
   • Атомна одиниця маси характеризує масу одного благаючи даного елемента в грамах. Це дуже важлива властивість, коли необхідно проводити практичні розрахунки, так як з його допомогою можна з легкістю переводити масу заданої кількості атомів або молекул одного і того ж типу в молі.

2. 

   2

   Знайдіть атомну масу в періодичній системі Менделєєва. У більшості стандартних таблиць Менделєєва містять атомні маси (атомні ваги) кожного елемента. Майже завжди їх пишуть у вигляді числа в нижній частині "осередку" з елементом, під одним або двома буквами хімічного символу. Це число зазвичай є десятковим дробом, а не цілим числом.
   • Зверніть увагу, що всі відносні атомні маси, вказані в таблиці Менделєєва, є середніми значеннями для кожного елемента. У хімічних елементів є різні ізотопи - Хімічні різновиди, які розрізняються масою через додаткові або відсутніх нейтронів в атомному ядрі. Отже, відносні атомні маси, перераховані в таблиці Менделєєва, можуть використовуватися як середнє значення для атомів певного елемента, але НЕ як маса одного атома даного елемента.
   • Відносні атомні маси, наведені в таблиці Менделєєва, використовуються для розрахунку молярних мас атомів і молекул. Атомні маси, виражені в а.е.м., як, наприклад, у таблиці Менделєєва, по суті безрозмірні. Однак попросту помноживши атомну масу на 1 г / моль, ми отримуємо корисну характеристику молярної маси елемента - масу (у грамах) одного благаючи атомів елемента.

3. 

   3

   Визначайте, в яких випадках корисні значення з таблиці Менделєєва. Як було зазначено раніше, відносні атомні маси, зазначені для кожного елемента в періодичній системі, є середніми значеннями мас всіх ізотопів атома. Це середнє значення цінно для багатьох практичних цілей, наприклад, при розрахунку молярної маси молекули, що складається з декількох атомів. Однак коли ви маєте справу з окремим атомом, цього значення, як правило, буває недостатньо. Оскільки воно є середнім для декількох різних видів ізотопів, значення, вказане в таблиці Менделєєва не є точним значенням атомної маси будь-якого одиничного атома. Атомні маси індивідуальних атомів потрібно розраховувати з урахуванням точного числа протонів і нейтронів в одиничному атомі.

Метод 2 з 3: Розрахунок атомної маси окремого атома

1. 

   1

   Знайдіть атомний номер елемента або ізотопу. Атомний номер - це кількість протонів в атомах елемента, воно ніколи не змінюється. Наприклад: всі атоми водню і тільки атоми водню мають один протон. Атомний номер натрію - 11, оскільки в його ядрі одинадцять протонів, тоді як атомний номер кисню дорівнює восьми, так як в його ядрі вісім протонів. Ви можете знайти атомний номер будь-якого елементу в таблиці Менделєєва - практично у всіх її стандартних варіаціях це номер над символом елемента з однієї або двох букв. Атомний номер завжди є позитивним цілим числом.
   • Припустимо, нас цікавить атом вуглецю. В атомах вуглецю завжди шість протонів, тому ми знаємо, що його атомний номер дорівнює 6. Крім того, ми бачимо, що в періодичній системі, у верхній частині комірки з вуглецем (C) знаходиться цифра "6", яка вказує на те, що атомний номер вуглецю - шість.
   • Зверніть увагу, що атомний номер елемента не має безпосереднього впливу на його відносну атомну масу в періодичній системі. Хоча, особливо серед елементів у верхній частині системи, може здатися, що атомна маса елемента вдвічі більше його атомного номера, вона ніколи не розраховується множенням атомного номера на два.

2. 

   2

   Знайдіть кількість нейтронів в ядрі. Кількість нейтронів може бути різним для різних атомів одного і того ж елементу. Коли два атоми одного елемента з однаковою кількістю протонів мають різну кількість нейтронів, вони є різними ізотопами цього елемента. На відміну від кількості протонів елемента, яке ніколи не змінюється, кількість нейтронів в атомах певного елемента може часто змінюватися, тому середня атомна маса елемента записується у вигляді десяткового дробу зі значенням в проміжку між двома цілими числами
   • Припустимо, що атом вуглецю, з яким ми працюємо, має шість нейтронів. Це найбільш поширений ізотоп вуглецю, що нараховує близько 99% всіх його атомів. Однак близько 1% атомів вуглецю мають 7 нейтронів. Інші види атомів вуглецю мають більше 7 або менше 6 нейтронів і існують в дуже малих кількостях.

3. 

   3

   Складіть кількість протонів і нейтронів. Це буде атомною масою даного атома. Не звертайте уваги на кількість електронів, які оточують ядро - їх спільна маса дуже і дуже мала, тому, в більшості випадків, вони не зроблять значного впливу на вашу відповідь.
   • Наш атом вуглецю має 6 протонів + 6 нейтронів = 12. Якщо б це був ізотоп "вуглець-13", то ми б знали, що у нього є 6 протонів + 7 нейтронів = атомна маса 13.
   
   
   
   • Оскільки окремі атоми надзвичайно малі, вчені працюють з атомами у великих кількостях, які називаються молями. Моль - це кількість речовини, яка містить стільки часток, скільки атомів міститься в 12 грамах ізотопу вуглець-12. Ця кількість дорівнює приблизно 600 секстильйонів (6 помножити на 10 в 23-го ступеня) атомам, і відомо як число Авогадро - на честь вченого, що розрахував його.

Метод 3 з 3: Обчислення відносної атомної маси (атомної ваги) елемента

1. 

   1

   Визначте, які ізотопи містяться у зразку. Хіміки часто визначають співвідношення ізотопів в даному зразку за допомогою спеціального приладу під назвою мас-спектрометр. Однак на освітньому рівні ці дані у вигляді встановлених в науковій літературі значень будуть надані вам в умовах завдань, контрольних і т.д.
   • Для нашого випадку давайте припустимо, що ми працюємо з двома ізотопами: вуглецем-12 і вуглецем-13.

2. 

   2

   Визначте відносний вміст кожного ізотопу в зразку. Для кожного елемента різні ізотопи зустрічаються в різних співвідношеннях. Ці співвідношення майже завжди виражають у відсотках. Деякі ізотопи зустрічаються дуже часто, тоді як інші дуже рідкісні - часом настільки, що їх насилу можна виявити. Цю інформацію можна визначити за допомогою мас-спектрометрії або з довідника.
   • Припустимо, що поширеність вуглецю-12 дорівнює 99%, а поширеність вуглецю-13 - 1%. Інші ізотопи вуглецю в дійсності існують, але існують в кількостях настільки малих, що в цьому завданні ними можна знехтувати.

3. 3

   Помножте атомну масу кожного ізотопу на його співвідношення у зразку. Помножте атомну масу кожного ізотопу на його процентний вміст (виражене у вигляді десяткового дробу). Щоб перевести відсоток у десяткову дріб, просто розділіть його на 100. Перекладені відсотки в сумі завжди повинні давати 1.
   • Наш зразок містить вуглець-12 і вуглець-13. Якщо вуглець-12 становить 99% зразка, а вуглець-13 - 1%, то необхідно помножити 12 (атомна маса вуглецю-12) на 0,99 і 13 (атомна маса вуглецю-13) на 0,01.

     

   • У довідниках даються процентні співвідношення, засновані на всіх відомих кількостях ізотопів елементів. Більшість підручників з хімії містять цю інформацію у вигляді таблиці в кінці книги. Для тестованого зразка співвідношення можна також визначити за допомогою мас-спектрометра.

4. 

   4

   Складіть отримані результати. Підсумуйте результати множення, яке ви виконали в попередньому кроці. В результаті цієї операції ви отримаєте відносну атомну масу вашого елемента - середнє значення атомних мас ізотопів елемента, що розглядається. Коли розглядається елемент в цілому, а не конкретний ізотоп даного елементу, використовується саме ця величина.
   • У нашому прикладі, 12 x 0,99 = 11.88 для вуглецю-12, і 13 x 0,01 = 0,13 для вуглецю-13. Відносна атомна маса в нашому прикладі становить 11,88 + 0,13 = 12,01.

Поради

• Деякі ізотопи менш стабільні, ніж інші: вони розпадаються на атоми елементів з меншою кількістю протонів і нейтронів в ядрі з виділенням часток, що входять до складу атомного ядра. Такі ізотопи називають радіоактивними.

Що вам знадобиться

• Довідник з хімії
• Калькулятор