Cum se calculează masa atomică

masa atomică

conținut

Pași
Metoda 1găsirea masei atomice pe tabelul periodic
Metoda 2calculul masei atomice a unui atom individual
Metoda 3calculul masei atomice relative (greutatea atomică) a unui element
Sfaturi
Materiale necesare

reprezintă suma tuturor protonilor, neutronilor și electronilor într-un singur atom sau moleculă. Cu toate acestea, masa unui electron este atât de mică încât este considerată nesemnificativă și nu este inclusă în calcule. Deși tehnic incorect, acest termen este, de asemenea, folosit în mod obișnuit pentru a se referi la masa atomică medie a tuturor izotopilor prezenți într-un element. Această a doua definiție constă, de fapt, din masa atomică relativă, de asemenea cunoscută sub numele de greutate atomică, a unui element. Acest concept, la rândul său, ia în considerare valoarea medie a masei tuturor izotopilor naturali ai aceluiași element. Chimistii trebuie sa fie capabili sa faca distinctia intre cele doua tipuri de masa atomica pentru a-si desfasura activitatea - o valoare incorecta a masei atomice poate, de exemplu, duce la calcule eronate a cat de mult a rezultat un experiment.

pași

Metoda 1
Găsirea masei atomice pe tabelul periodic

Înțelegeți cum este reprezentată masa atomică. Masa atomică, adică masa unui atom sau moleculă dată, poate fi exprimată în unități de masă ale sistemului internațional - grame, kilograme și așa mai departe. Totuși, așa cum sunt scrise în acești termeni, are valori incredibil de mici, este preferabil să se exprime în unități unificate de masă atomică (în general abreviate ca "u" sau "una"). Valoarea implicită pentru unitatea de masă atomică este de 1/12 din masa unui izotop carbon-12 standard.

Unitățile de masă atomică indică masa un mol dintr-un anumit element sau moleculă în grame. Aceasta este o proprietate foarte utilă atunci când vine vorba de calcule practice, deoarece permite o conversie mai simplă între masa și molii unei anumite cantități de atomi sau molecule de același tip.

Găsiți masa atomică pe tabelul periodic. Majoritatea tabelelor periodice enumeră masele atomice respective (greutăți atomice) ale fiecărui element. Aproape întotdeauna, valoarea va fi scrisă în formă numerică la baza pătratului elementului, sub litera sau în setul de litere care reprezintă numele său chimic. În general, va fi o zecimală, nu un întreg.

Rețineți că masele atomice relative prezente în tabelul periodic reprezintă valori medie referitoare la elementele în cauză. Fiecare element chimic este diferit izotopi - forme chimice care diferă în funcție de masă datorită adăugării sau scăderii unuia sau mai multor neutroni în nucleul atomic. În acest fel, masa atomică relativă prezentă în tabelul periodic este utilă ca valoare aproximativă pentru atomii existenți într-un anumit element, dar nu ca masa unui singur atom al elementului.
Masele atomice relative, așa cum sunt enumerate în tabelul periodic, sunt utilizate pentru a calcula masele moleculare pentru atomi și molecule. Masele atomice, exprimate într-una, ca în tabelul periodic, sunt, în general, libere de unitate. Cu toate acestea, prin multiplicarea masei atomice cu 1 g / mol, o cantitate dată poate fi obținută din masa molară a elementului - masa (în grame) a unui mol de atomi ai elementului respectiv.

Înțelegeți că valorile tabelului periodic reprezintă masele atomice medii ale unui element dat. După cum sa observat, masele atomice relative prezente în pătratul fiecărui element al tabelului periodic sunt valori aproximative ale tuturor izotopilor unui atom dat. Acest număr demonstrează utilitatea sa în diferite calcule practice - cum ar fi calculul molară a unei molecule compuse din mai mulți atomi. Cu toate acestea, în tratarea atomilor individuali, este, în unele cazuri, insuficientă.

Deoarece este o medie a mai multor tipuri diferite de izotopi, valoarea prezentă în tabelul periodic nu reprezintă valoarea exact a unei mase atomice individuale.
Masa atomică individuală trebuie calculată luând în considerare cantitatea exactă de protoni și neutroni existenți într-un singur atom.

Metoda 2
Calculul masei atomice a unui atom individual

Imaginea intitulată Calculați masa atomică Pasul 1

Găsiți numărul atomic al elementului sau al izotopului. Numărul atomic reprezintă cantitatea de protoni dintr-un element și nu variază niciodată. De exemplu, toți atomii de hidrogen și numai au un proton. Sodiul are un număr atomic egal cu 11 deoarece nucleul său are 11 protoni, în timp ce oxigenul are un număr atomic egal cu 8 deoarece nucleul său conține opt protoni. Puteți afla numărul atomic al oricărui element din tabelul periodic - în aproape toate modelele convenționale: este deasupra simbolului chimic al uneia sau al două litere ale fiecărui element. Acest număr va fi întotdeauna o valoare întregă pozitivă.

Să presupunem că lucrăm cu atomul de carbon. Acest element are întotdeauna șase protoni, deci știm că numărul său atomic este egal cu 6. Putem vedea, de asemenea, în tabelul periodic că pătratul de carbon (C) are un "6" în partea de sus, ceea ce înseamnă că numărul său atomic este egal cu șase.
Rețineți că numărul atomic enumerat în tabelul periodic nu este direct legat de masa atomică relativă. Cu toate acestea, în special printre elementele de la vârful tabelului, se pare că masa atomică a unui element dat este egală cu dublul numărului atomic, știu că nu trebuie niciodată calculată prin dublarea numărului atomic.

Imaginea intitulată Calculați masa atomică Pasul 2

Aflați cantitatea de neutroni din nucleu. Acest număr poate varia între atomii unui element dat. Deși doi atomi cu aceeași cantitate de protoni și cantități diferite de neutroni sunt în continuare același element, ambele sunt considerate izotopi distincte. Spre deosebire de cantitatea de protoni prezenți într-un element care nu se schimbă niciodată, cantitatea de neutroni din atomii unui element dat poate varia atât de des încât masa atomică medie este exprimată în formă zecimală între două numere întregi.

Cantitatea de neutroni poate fi determinată prin denominarea izotopului elementului studiat. De exemplu, carbon-14 este un izotop radioactiv natural al carbonului-12. Adesea, veți găsi un izotop numit cu acel număr de superscript înainte de simbolul său: ¹⁴C. Cantitatea de neutroni se calculează prin scăderea cantității de protoni din valoarea izotopului: 14 - 6 = 8 neutroni.
Să spunem că atomul de carbon cu care lucrăm are șase neutroni (¹²C). Acesta este cel mai obișnuit izotop de carbon și reprezintă aproape 99% din toți atomii din acel element. Cu toate acestea, aproximativ 1% din atomii de carbon au 7 neutroni (¹³C). Alte tipuri de atomi de carbon cu mai mult sau mai puțin de 6 sau 7 neutroni există, de asemenea, în cantități foarte mici.

Imaginea intitulată Calculați masa atomică Pasul 4

Adăugați valorile protonilor și neutronilor. Rezultatul va reprezenta masa atomică a atomului în cauză. Nu vă faceți griji cu privire la cantitatea de electroni care orbitează nucleul - masa combinată este incredibil de mică și, în cazuri mai practice, nu va afecta în mod semnificativ răspunsul.

Atomul nostru de carbon conține 6 protoni + 6 neutroni = 12. Masa atomică a acestui atom specific de carbon este egală cu 12. Pe de altă parte, dacă ar fi un izotop Carbon-13, am știut că ar conține 6 protoni + 7 neutroni = greutatea atomică de 13.
Greutatea atomică reală a unui atom de 13 atomi de carbon este egală cu 13.003355 și este mai exactă deoarece a fost determinată experimental.
Masa atomică este destul de apropiată de valoarea izotopului unui element, iar pentru calcule simple, ambele numere sunt considerate egale. Când se determină experimental, masa atomică prezintă o valoare ușor mai mare decât numărul izotopilor, datorită contribuției masei mici datorate electronilor.

Metoda 3
Calculul masei atomice relative (greutatea atomică) a unui element

Determinați ce izotopi sunt prezenți în eșantion. Frecvent, chimiștii determină proporțiile relative ale izotopilor dintr-o probă cu un instrument special numit spectrometru de masă. Cu toate acestea, în chimia liceului, aceste informații sunt de obicei disponibile în teste sau exerciții, sub formă de valori bine stabilite în literatura științifică.

Pentru studiul actual, vom lucra cu izotopii carbon-12 și carbon-13.

Imaginea intitulată Calculați masa atomică Pasul 5

Se determină abundența relativă a fiecărui izotop prezent în eșantion. Într-un element dat, diferiți izotopi apar în proporții distincte, care vor fi aproape întotdeauna exprimate ca procent. Unele izotopi sunt destul de comune, în timp ce altele, la rândul lor, sunt foarte rare - în unele cazuri, până la punctul în care devin aproape nedetectabile. Aceste informații pot fi descoperite utilizând un spectrometru de masă sau dintr-o carte de referință.

Să presupunem că abundența carbonului-12 este egală cu 99% și că abundența carbonului-13 este egală cu 1%. Alți izotopi de carbon există, dar în cantități atât de mici încât pentru problema actuală ele pot fi ignorate.

Imaginea intitulată Calculați masa atomică Pasul 6

Se multiplică masa atomică a fiecărui izotop cu raportul din probă. Cu alte cuvinte, înmulțiți-o cu abundența procentuală (scrisă în formă zecimală). Pentru a converti un procent în forma zecimală, împărțiți-l cu 100 - suma procentelor convertite ar trebui să fie întotdeauna egală cu 1.

Eșantionul nostru conține atât carbon-12 cât și carbon-13. Dacă carbonul-12 reprezintă 99% din probă și carbon-13, 1%, înmulțiți cu 12 (masa atomică de carbon-12) cu 0,99 și 13 (masa atomică de carbon-13) cu 0,01.
O carte de referință va da rapoarte procentuale bazate pe toate cantitățile cunoscute ale izotopilor unui element. Majoritatea cărților de chimie includ de obicei aceste date într-un tabel prezentat pe unele din ultimele pagini. Un spectrometru de masă poate determina, de asemenea, proporțiile probei testate.

Imaginea intitulată Calculați masa atomică Pasul 7

Adăugați rezultatele. Adăugați produsele multiplicărilor efectuate în etapa anterioară. Rezultatul va fi masa atomică relativă a elementului său - sau chiar valoarea medie a masei atomice a izotopilor săi. Comentând un element în general, fără a specifica izotopii prezenți în el, aceasta este valoarea folosită.

În exemplul nostru, 12 × 0.99 = 11.88 pentru carbon-12, în timp ce 13 × 0.01 = 0.13 pentru carbon-13. Masa atomică relativă a exemplului nostru va fi egală cu 11,88 + 0,13 = 12.01.

sfaturi

Unele izotopi sunt mai puțin stabile decât altele și se împart în elemente cu mai puține protoni și neutroni în nucleul lor, pe măsură ce se separă de părțile lor. Acești izotopi sunt numiți radioactivi.