جرم اتمی مجموع همه پروتون ها ، نوترون ها و الکترون ها در یک اتم یا مولکول واحد است. جرم الکترون به قدری کوچک است که نمی توان آن را نادیده گرفت و به آن توجه نکرد. اگرچه از نظر فنی نادرست است ، اصطلاح جرم اتمی نیز اغلب برای اشاره به جرم اتمی متوسط همه ایزوتوپهای یک عنصر استفاده می شود. این تعریف دوم در واقع جرم اتمی نسبی است که به آن نیز معروف است وزن اتمی یک عنصر وزن اتمی میانگین جرم ایزوتوپهای طبیعی موجود در یک عنصر را در نظر می گیرد. شیمیدانان باید بین این دو نوع جرم اتمی تمایز قائل شوند تا کار خود را هدایت کنند - برای مثال ، مقدار جرم اتمی نادرست می تواند منجر به محاسبه نادرست نتایج تجربی شود.
گام
روش 1 از 3: خواندن توده اتمی در جدول تناوبی
مرحله 1. نحوه نمایش جرم اتمی را بشناسید
جرم اتمی جرم یک اتم یا مولکول است. جرم اتمی را می توان در واحدهای استاندارد جرم SI - گرم ، کیلوگرم و غیره بیان کرد. با این حال ، از آنجا که جرم اتمی هنگامی که در این واحدها بیان می شود بسیار کوچک است ، جرم اتمی اغلب در واحدهای جرم اتمی مرکب (معمولاً به اختصار u یا amu) بیان می شود. استاندارد یک واحد جرم اتمی 1/12 جرم ایزوتوپ استاندارد کربن -12 است.
واحد جرم اتمی جرم یک مول عنصر یا مولکول را بر حسب گرم بیان می کند. این یک ویژگی بسیار مفید در محاسبات عملی است زیرا این واحد تبدیل بین جرم و مول مقادیر اتم ها یا مولکول های یکسان را آسان می کند
مرحله 2. جرم اتمی را در جدول تناوبی پیدا کنید
اکثر جداول تناوبی جرم اتمی نسبی (وزن اتمی) هر عنصر را لیست می کنند. این جرم تقریباً به عنوان یک عدد در انتهای شبکه عناصر در جدول ، در زیر یک نماد شیمیایی که یک یا دو حرف را می خواند ، ذکر شده است. این عدد معمولاً به صورت اعشاری و نه یک عدد کامل نشان داده می شود.
- توجه داشته باشید که جرمهای اتمی نسبی ذکر شده در جدول تناوبی ، مقادیر متوسط عناصر مرتبط هستند. عناصر شیمیایی ایزوتوپ های متفاوتی دارند - اشکال شیمیایی که به دلیل افزودن یا تفریق یک یا چند نوترون از هسته اتم جرم متفاوتی دارند. بنابراین ، جرم اتمی نسبی ذکر شده در جدول تناوبی می تواند به عنوان مقدار متوسط برای اتم های یک عنصر خاص مورد استفاده قرار گیرد ، اما نه به عنوان جرم یک اتم واحد از عنصر.
- برای محاسبه جرم مولی اتم ها و مولکول ها از جرم های اتمی نسبی مانند آنهایی که در جدول تناوبی یافت می شوند ، استفاده می شود. جرم اتمی ، وقتی در amu مانند جدول تناوبی نشان داده می شود ، از نظر فنی هیچ واحدی ندارد. با این حال ، ضرب جرم اتمی در 1 گرم بر مول مقدار کمی به ما می دهد که می توان برای جرم مولی عنصر - جرم (بر گرم) یک مول از اتم عنصر استفاده کرد.
مرحله 3. درک کنید که مقادیر جدول تناوبی میانگین جرم اتمی یک عنصر است
همانطور که قبلاً توضیح داده شد ، جرم اتمی نسبی ذکر شده برای هر عنصر در جدول تناوبی ، مقدار متوسط همه ایزوتوپهای اتم است. این میانگین برای بسیاری از محاسبات عملی مهم است - برای مثال ، محاسبه جرم مولی مولکول متشکل از چندین اتم. با این حال ، هنگام کار با اتم های فردی ، این تعداد گاهی اوقات کافی نیست.
- مقدار جدول تناوبی برای هر جرم اتمی یک مقدار دقیق نیست زیرا میانگین چندین نوع مختلف ایزوتوپ است.
- جرم اتمی برای اتم های جداگانه باید با در نظر گرفتن تعداد دقیق پروتون ها و نوترون ها در یک اتم واحد محاسبه شود.
روش 2 از 3: محاسبه جرم اتمی برای اتم های جداگانه
مرحله 1. عدد اتمی عنصر یا ایزوتوپ را بیابید
عدد اتمی تعداد پروتون های یک عنصر است و عدد متفاوتی ندارد. به عنوان مثال ، همه اتمهای هیدروژن و فقط اتمهای هیدروژن دارای یک پروتون هستند. سدیم دارای عدد اتمی 11 است زیرا هسته آن یازده پروتون دارد ، در حالی که اکسیژن دارای عدد اتمی 8 است زیرا هسته آن دارای هشت پروتون است. شما می توانید عدد اتمی هر عنصر در جدول تناوبی - تقریباً در هر جدول تناوبی استاندارد را بیابید. عدد اتمی عددی بالای نماد شیمیایی است که یک یا دو حرف را می خواند. این عدد همیشه یک عدد صحیح مثبت است.
- فرض کنید ما با اتم های کربن کار می کنیم. کربن همیشه شش پروتون دارد. بنابراین ، ما می دانیم که عدد اتمی آن 6 است. همچنین در جدول تناوبی می بینیم که جعبه کربن (C) عدد "6" را در بالا دارد که نشان می دهد عدد اتمی کربن شش است.
- توجه داشته باشید که عدد اتمی یک عنصر همانطور که در جدول تناوبی نوشته شده است ، تأثیر مستقیمی بر جرم اتمی نسبی آن ندارد. در حالی که به نظر می رسد جرم اتمی یک اتم دو برابر عدد اتمی آن است (به ویژه در بین عناصر بالای جدول تناوبی) ، جرم اتمی هرگز با ضرب عدد اتمی یک عنصر در دو محاسبه نمی شود.
مرحله 2. تعداد نوترونهای موجود در هسته را بیابید
تعداد نوترونها برای اتمهای یک عنصر خاص می تواند متفاوت باشد. اگرچه دو اتم با تعداد پروتون های یکسان و تعداد نوترون های مختلف یک عنصر یکسان هستند ، اما ایزوتوپ های مختلف این عنصر هستند. برخلاف تعداد پروتونهای یک عنصر که هرگز تغییر نمی کند ، تعداد نوترونهای موجود در اتمهای یک عنصر معین می تواند متفاوت باشد ، بنابراین میانگین جرم اتمی عنصر باید به صورت مقدار اعشاری بین دو عدد کامل نشان داده شود.
- با تعیین ایزوتوپ یک عنصر می توان تعداد نوترون ها را تعیین کرد. به عنوان مثال ، کربن 14 یک ایزوتوپ رادیواکتیو طبیعی کربن 12 است. اغلب می بینید که ایزوتوپها قبل از نماد عنصر به تعداد کمی در بالا (بالا) اختصاص داده شده اند: 14ج - تعداد نوترونها با تفریق تعداد پروتونها از تعداد ایزوتوپها محاسبه می شود: 14 - 6 = 8 نوترون.
- فرض کنید اتم کربنی که با آن کار می کنیم دارای شش نوترون است (12ج) این رایج ترین ایزوتوپ کربن است که تقریباً 99 درصد از کل اتم های کربن را تشکیل می دهد. با این حال ، حدود 1 درصد از اتم های کربن دارای 7 نوترون هستند (13ج) تعداد دیگر اتمهای کربن که دارای بیشتر یا کمتر از 6 یا 7 نوترون هستند تعداد آنها بسیار اندک است.
مرحله 3. تعداد پروتون و نوترون را جمع کنید
این جرم اتمی اتم است. نگران تعداد الکترون هایی که به دور هسته می چرخند نباشید - جرم ترکیبی آنقدر کوچک است که در بیشتر موارد عملی این جرم واقعاً بر پاسخ شما تأثیر نمی گذارد.
- اتم کربن ما دارای 6 پروتون + 6 نوترون = 12. جرم اتمی این اتم کربن خاص 12 است. با این حال ، اگر اتم ایزوتوپ کربن -13 باشد ، می دانیم که اتم دارای 6 پروتون + 7 نوترون = وزن اتمی است. از 13
- وزن اتمی واقعی کربن 13 13003355 است و این وزن دقیق تر است زیرا به صورت تجربی تعیین شده است.
- جرم اتمی تقریباً برابر تعداد ایزوتوپهای یک عنصر است. برای محاسبه اساسی ، تعداد ایزوتوپها برابر با جرم اتمی است. هنگامی که به صورت تجربی تعیین می شود ، جرم اتمی کمی بیشتر از تعداد ایزوتوپ ها است که دلیل آن جرم بسیار کم الکترون ها است.
روش 3 از 3: محاسبه جرم اتمی نسبی (وزن اتمی) یک عنصر
مرحله 1. ایزوتوپ های موجود در نمونه را تعیین کنید
شیمیدانان اغلب نسبت های ایزوتوپی نسبی را در یک نمونه با استفاده از ابزار خاصی به نام طیف سنج جرمی تعیین می کنند. با این حال ، در درس های شیمی برای دانش آموزان و دانشجویان ، این اطلاعات اغلب در آزمون های مدرسه و غیره به صورت نمره هایی که در ادبیات علمی تعیین شده است به شما داده می شود.
برای اهداف خود ، فرض کنید ما در حال کار با ایزوتوپهای کربن -12 و کربن -13 هستیم
مرحله 2. فراوانی نسبی هر ایزوتوپ در نمونه را تعیین کنید
در یک عنصر معین ، ایزوتوپ های مختلف در نسبت های مختلف ایجاد می شوند. این نسبت تقریباً همیشه به عنوان درصد نشان داده می شود. برخی از ایزوتوپها دارای نسبتهای متداول هستند ، در حالی که برخی دیگر بسیار نادر هستند - گاهی اوقات ، آنقدر نادر که این نسبتها به سختی قابل تشخیص هستند. این اطلاعات را می توان از طریق طیف سنجی جرمی یا از کتاب های مرجع تعیین کرد.
فرض کنید فراوانی کربن -129٪ و فراوانی کربن -13 1٪ باشد. ایزوتوپ های کربنی دیگر وجود دارند ، اما در مقادیر کمی که می توان در این مثال از آنها غافل شد
مرحله 3. جرم اتمی هر ایزوتوپ را در نسبت آن در نمونه ضرب کنید
جرم اتمی هر ایزوتوپ را بر درصد فراوانی آن ضرب کنید (به صورت اعشاری نوشته شده است). برای تبدیل درصد به اعشار ، کافی است درصد را بر 100 تقسیم کنید. تعداد درصدی که به اعشار تبدیل شده است همیشه 1 خواهد بود.
- نمونه ما شامل کربن -12 و کربن -13 است. اگر کربن 12 99٪ نمونه و کربن 13 1٪ نمونه را تشکیل می دهد ، 12 (جرم اتمی کربن 12) را در 0.99 و 13 (جرم اتمی کربن 13) را در 0.01 ضرب کنید.
- کتابهای مرجع نسبتهای درصدی را بر اساس همه مقادیر شناخته شده ایزوتوپهای یک عنصر به شما می دهند. اکثر کتابهای درسی شیمی این اطلاعات را در جدولی در پشت کتاب آورده اند. طیف سنج جرمی همچنین می تواند نسبت نمونه مورد آزمایش را تعیین کند.
مرحله 4. نتایج را جمع کنید
نتایج ضرب را که در مرحله قبل انجام داده اید ، جمع کنید. نتیجه این مجموع ، جرم اتمی نسبی عنصر شماست - میانگین جرم اتمی ایزوتوپهای عنصر شما. هنگام بحث در مورد عناصر به طور کلی و نه ایزوتوپهای خاص عنصر ، از این مقدار استفاده می شود.
