Як розрахувати атомну масу

атомною масою називається сума мас усіх протонів, нейтронів і електронів, з яких складається той чи інший атом або молекула. У порівнянні з протонами і нейтронами маса електронів дуже мала, тому вона не враховується в розрахунках. Хоча це і некоректно з формальної точки зору, нерідко цей термін використовується для позначення середньої атомної маси всіх ізотопів елемента. Насправді це відносна атомна маса, звана також атомним вагою елемента. Атомний вагу - це середнє значення атомних мас всіх ізотопів елемента, що зустрічаються в природі. Хіміки повинні розрізняти ці два типи атомної маси при виконанні своєї роботи - неправильне значення атомної маси може, наприклад, привести до неправильного результату для виходу продукту реакції.

кроки

Метод 1 з 3:

Знаходження атомної маси по періодичній таблиці елементів

1. Вивчіть як записується атомна маса. Атомна маса, тобто маса даного атома або молекули, може бути виражена в стандартних одиницях системи СІ - грамах, кілограмах і так далі. Однак у зв`язку з тим, що атомні маси, виражені в цих одиницях, надзвичайно малі, їх часто записують в уніфікованих атомних одиницях маси, або скорочено а.е.м. - атомні одиниці маси. Одна атомна одиниця маси дорівнює 1/12 маси стандартного ізотопу вуглець-12.

Атомна одиниця маси характеризує масу одного благаючи даного елемента в грамах. Ця величина дуже корисна при практичних розрахунках, оскільки з її допомогою можна легко перевести масу заданої кількості атомів або молекул даної речовини в молі, і навпаки.

2. Знайдіть атомну масу в періодичній таблиці Менделєєва. У більшості стандартних таблиць Менделєєва містяться атомні маси (атомні ваги) кожного елемента. Як правило, вони наведені у вигляді числа в нижній частині осередку з елементом, під буквами, що позначають хімічний елемент. Зазвичай це не ціле число, а десяткова дріб.

Зверніть увагу, що всі відносні атомні маси, зазначені в таблиці Менделєєва, для кожного елемента є середніми значеннями. У хімічних елементів є різні ізотопи - хімічні різновиди, що мають різні маси через додаткових або відсутніх нейтронів в атомному ядрі. Отже, відносні атомні маси, перераховані в періодичній таблиці, можуть використовуватися як середнє значення для атомів певного елемента, але НЕ як маса одного атома даного елемента.

Відносні атомні маси, наведені в періодичній таблиці, використовуються для розрахунку молярних мас атомів і молекул. Атомні маси, виражені в а.е.м. (Як в таблиці Менделєєва), по суті безрозмірні. Однак просто помноживши атомну масу на 1 г / моль, ми отримуємо корисну характеристику елемента - масу (в грамах) одного благаючи атомів цього елемента.

3. Пам`ятайте про те, що в періодичній таблиці наведені середні атомні маси елементів. 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, воно використовується при розрахунку молярної маси молекул, що складаються з декількох атомів. Однак коли ви маєте справу з окремими атомами, цього значення, як правило, буває недостатньо.

Оскільки середня атомна маса являє собою усереднене значення для кількох ізотопів, величина, зазначена в таблиці Менделєєва не є точним значенням атомної маси будь-якого одиничного атома.

Атомні маси окремих атомів необхідно розраховувати з урахуванням точного числа протонів і нейтронів в одиничному атомі.

Метод 2 з 3:

Розрахунок атомної маси окремого атома

1. Знайдіть атомний номер даного елемента або його ізотопу. Атомний номер - це кількість протонів в атомах елемента, воно ніколи не змінюється. Наприклад, всі атоми водню, причому тільки вони, мають один протон. Атомний номер натрію дорівнює 11, оскільки в його ядрі одинадцять протонів, тоді як атомний номер кисню становить вісім, так як в його ядрі вісім протонів. Ви можете знайти атомний номер будь-якого елементу в періодичній таблиці Менделєєва - практично у всіх її стандартних варіантах цей номер вказано над буквеним позначенням хімічного елементу. 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 осередку з вуглецем (C) знаходиться цифра "6", яка вказує на те, що атомний номер вуглецю дорівнює шести.
Зверніть увагу, що атомний номер елемента не пов`язаний однозначно з його відносною атомною масою в періодичній системі. Хоча, особливо для елементів у верхній частині таблиці, може здатися, що атомна маса елемента вдвічі більше його атомного номера, вона ніколи не розраховується множенням атомного номера на два.

2. Знайдіть число нейтронів в ядрі. Кількість нейтронів може бути різним для різних атомів одного і того ж елемента. Коли два атоми одного елемента з однаковою кількістю протонів мають різну кількість нейтронів, вони є різними ізотопами цього елемента.На відміну від кількості протонів, яке ніколи не змінюється, число нейтронів в атомах певного елемента може часто змінюватися, тому середня атомна маса елемента записується у вигляді десяткового дробу зі значенням, що лежить між двома сусідніми цілими числами.

Кількість нейтронів можна визначити по позначенню ізотопу елемента. Наприклад, вуглець-14 являє собою радіоактивний ізотоп вуглецю-12, що зустрічається в природі. Часто номер ізотопу вказується у вигляді надрядкового числа, що стоїть перед символом елемента: C. Кількість нейтронів знаходиться шляхом вирахування числа протонів з номера ізотопу: 14 - 6 = 8 нейтронів.

Припустимо, що цікавить нас атом вуглецю має шість нейтронів (C). Це найбільш поширений ізотоп вуглецю, що нараховує близько 99% всіх атомів даного елемента. Однак близько 1% атомів вуглецю мають 7 нейтронів (C). Інші види атомів вуглецю мають більше 7 або менше 6 нейтронів і існують в дуже малих кількостях.

3. Складіть кількість протонів і нейтронів. Це і буде атомною масою даного атома. Не звертайте уваги на кількість електронів, які оточують ядро - їх сумарна маса надзвичайно мала, тому вони практично не впливають на ваші розрахунки.

Наш атом вуглецю має 6 протонів + 6 нейтронів = 12. Таким чином, атомна маса даного атома вуглецю дорівнює 12. Якби це був ізотоп "вуглець-13", то ми б знали, що у нього є 6 протонів + 7 нейтронів = атомна маса 13.

Насправді атомна маса вуглецю-13 складає 13,003355, причому це значення є більш точним, оскільки було визначено експериментальним шляхом.

Атомна маса дуже близька до номеру ізотопу. Для зручності обчислень номер ізотопу часто думають рівним атомної масі. Експериментально визначені значення атомної маси трохи перевищують номер ізотопу через дуже малого вкладу з боку електронів.

Метод 3 з 3:

Обчислення відносної атомної маси (атомної ваги) елемента

1. Визначте, які ізотопи містяться в зразку. Хіміки часто визначають співвідношення ізотопів в конкретному зразку за допомогою спеціального приладу під назвою мас-спектрометр. Однак при навчанні ці дані будуть надані вам в умовах завдань, контрольних і так далі у вигляді значень, узятих з наукової літератури.

У нашому випадку допустимо, що ми маємо справу з двома ізотопами: вуглецем-12 і вуглецем-13.

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. Ці величини можна визначити за допомогою мас-спектрометрії або знайти в довіднику.

Припустимо, що концентрація вуглецю-12 дорівнює 99%, а вуглецю-13 - 1%. Інші ізотопи вуглецю дійсно існують, але в кількостях настільки малих, що в даному випадку ними можна знехтувати.

3. Помножте атомну масу кожного ізотопу на його концентрацію в зразку. Помножте атомну масу кожного ізотопу на його процентний вміст (виражене у вигляді десяткового дробу). Щоб перевести відсотки в десяткову дріб, просто розділіть їх на 100. Отримані концентрації 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 відомих кількостях всіх ізотопів того чи іншого елемента. Більшість підручників з хімії містять цю інформацію у вигляді таблиці в кінці книги. Для досліджуваного зразка відносні концентрації ізотопів можна також визначити за допомогою мас-спектрометра.

4. Складіть отримані результати. Підсумуйте результати множення, які ви отримали в попередньому кроці. В результаті цієї операції ви знайдете 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 випадку 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