میانگین جرم اتمی اندازه گیری مستقیم یک اتم واحد نیست. این جرم متوسط جرم در اتم یک نمونه کلی از یک عنصر خاص است. اگر بتوانید جرم یک میلیاردم اتم خود را محاسبه کنید ، می توانید این مقدار را همانند سایر میانگین ها محاسبه کنید. خوشبختانه روش ساده تری برای محاسبه جرم اتمی وجود دارد که بر اساس داده های شناخته شده از نادر بودن ایزوتوپ های مختلف است.
گام
قسمت 1 از 2: محاسبه میانگین جرم اتمی
مرحله 1. ایزوتوپها و جرمهای اتمی را درک کنید
بیشتر عناصر به طور طبیعی در اشکال مختلف وجود دارند که ایزوتوپ نامیده می شوند. عدد جرمی هر ایزوتوپ تعداد پروتون ها و نوترون ها در هسته آن است. وزن هر پروتون و نوترون 1 واحد جرم اتمی (amu) است. تنها تفاوت بین دو ایزوتوپ یک عنصر ، تعداد نوترون در هر اتم است که بر جرم اتمی تأثیر می گذارد. با این حال ، عناصر همیشه تعداد پروتون های یکسانی دارند.
- میانگین جرم اتمی یک عنصر تحت تأثیر تغییرات تعداد نوترونهای آن قرار می گیرد و نشان دهنده میانگین جرم در اتم در یک نمونه کلی از یک عنصر است.
- به عنوان مثال ، نقره عنصری (Ag) دارای 2 ایزوتوپ طبیعی است ، یعنی Ag-107 و Ag-109 (یا). 107Ag و 109Ag) ایزوتوپها بر اساس "تعداد جرم" یا تعداد پروتونها و نوترونهای یک اتم نامگذاری می شوند. این بدان معناست که Ag-109 دارای 2 نوترون بیشتر از Ag-107 است بنابراین جرم آن کمی بزرگتر است.
مرحله 2. به جرم هر ایزوتوپ توجه کنید
برای هر ایزوتوپ به 2 نوع داده نیاز دارید. می توانید این داده ها را در کتاب های درسی یا منابع اینترنتی مانند webelements.com پیدا کنید. اولین داده جرم اتمی یا جرم یک اتم از هر ایزوتوپ است. ایزوتوپ هایی که نوترون بیشتری دارند جرم بیشتری دارند.
- به عنوان مثال ، ایزوتوپ نقره Ag-107 دارای جرم اتمی است 106 ، 90509 دبیرستان (واحد جرم اتمی) در همین حال ، ایزوتوپ Ag-109 دارای جرم کمی بزرگتر است 108, 90470.
- دو رقم اعشاری آخر ممکن است کمی بین منابع متفاوت باشد. بعد از جرم اتمی هیچ عددی را داخل پرانتز قرار ندهید.
مرحله 3. فراوانی هر ایزوتوپ را بنویسید
این فراوانی نشان می دهد که یک ایزوتوپ از نظر درصد اتم های تشکیل دهنده یک عنصر چقدر رایج است. هر ایزوتوپ متناسب با فراوانی عنصر است (هرچه فراوانی یک ایزوتوپ بیشتر باشد ، تأثیر آن بر متوسط جرم اتمی بیشتر است). شما می توانید این داده ها را در همان منابع جرم اتمی پیدا کنید. فراوانی همه ایزوتوپها باید 100 باشد (اگرچه ممکن است خطای جزئی به دلیل خطاهای گرد کردن وجود داشته باشد).
- ایزوتوپ Ag-107 دارای فراوانی 51.86 است ، در حالی که Ag-109 کمی کمی با فراوانی 48.14 رایج است. این بدان معناست که نمونه کلی نقره از 51.86٪ Ag-107 و 48.14٪ Ag-109 تشکیل شده است.
- از هرگونه ایزوتوپ که مقدار آن در فهرست ذکر نشده است چشم پوشی کنید. ایزوتوپ هایی مانند این به طور طبیعی در زمین وجود ندارند.
مرحله 4. درصد فراوانی را به یک عدد اعشاری تبدیل کنید
درصد فراوانی را بر 100 تقسیم کنید تا مقدار یکسان در اعداد اعشاری بدست آید.
در همان مسئله ، تعداد فراوانی 51.86/100 = است 0, 5186 و 48 ، 14/100 = 0, 4814.
مرحله 5. میانگین وزنی اتمی ایزوتوپ پایدار را پیدا کنید
میانگین جرم اتمی یک عنصر با تعدادی ایزوتوپ n برابر است با (جرمایزوتوپ 1 * فراوانیایزوتوپ 1) + (جرمایزوتوپ 2 * فراوانیایزوتوپ 2) +… + (جرمn ایزوتوپ * فراوانیn ایزوتوپ به این یک مثال از "میانگین وزنی" است ، بدین معنا که هرچه جرم بیشتری یافت شود (فراوانی بیشتر) ، تأثیر بیشتری بر نتیجه دارد. در اینجا نحوه استفاده از فرمول بالا در نقره آمده است:
-
میانگین جرم اتمیAg = (جرم107 اوت * فراوانی107 اوت) + (جرمAg-109 * فراوانیAg-109)
=(106, 90509 * 0, 5186) + (108, 90470 * 0, 4814)
= 55, 4410 + 52, 4267
= 107 ، 8677 دبیرستان.
- برای بررسی پاسخ به عناصر جدول تناوبی نگاه کنید. میانگین جرم اتمی معمولاً در زیر نماد عنصر ذکر شده است.
قسمت 2 از 2: استفاده از نتایج محاسبه
مرحله 1. جرم را به عدد اتمی تبدیل کنید
میانگین جرم اتمی رابطه بین جرم و عدد اتمی را در یک نمونه کلی از یک عنصر نشان می دهد. این در آزمایشگاه های شیمی مفید است زیرا محاسبه مستقیم عدد اتمی تقریباً غیرممکن است ، اما محاسبه جرم آن نسبتاً آسان است. برای مثال ، می توانید یک نمونه نقره را وزن کنید و تخمین بزنید که هر 107.8677 آمو از جرم آن حاوی 1 اتم نقره است.
مرحله 2. تبدیل به جرم مولی
واحد جرم اتمی بسیار کوچک است. بنابراین ، شیمیدانان به طور کلی نمونه ها را بر حسب گرم وزن می کنند. خوشبختانه ، این مفهوم برای سهولت تبدیل تعریف شد. به سادگی میانگین جرم اتمی را در 1 گرم بر مول (ثابت جرم مولی) ضرب کنید تا جواب بر حسب گرم بر مول باشد. به عنوان مثال ، 107.8677 گرم نقره به طور متوسط حاوی 1 مول اتم نقره است.
مرحله 3. متوسط جرم مولکولی را پیدا کنید
از آنجا که یک مولکول مجموعه ای از اتم ها است ، می توانید جرم اتم ها را برای محاسبه جرم مولکولی جمع کنید. اگر از میانگین جرم اتمی (نه جرم یک ایزوتوپ خاص) استفاده می کنید ، نتیجه متوسط جرم مولکول هایی است که به طور طبیعی در نمونه یافت می شود. مثال:
- مولکول آب دارای فرمول شیمیایی H است2O. بنابراین ، از 2 اتم هیدروژن (H) و 1 اتم اکسیژن (O) تشکیل شده است.
- هیدروژن دارای متوسط جرم اتمی 1.00794 آمو است. در همین حال ، جرم اتم های اکسیژن به طور متوسط 159994 آمو است.
- جرم مولکولی H2میانگین O برابر (1.00794) (2) + 15.9994 = 18.01528 amu ، معادل 18.01528 g/mol است.
نکات
- اصطلاح جرم اتمی نسبی گاهی مترادف جرم اتمی متوسط به کار می رود. با این حال ، تفاوت کمی بین این دو وجود دارد زیرا جرم اتمی نسبی هیچ واحدی ندارد ، اما جرم را نسبت به یک اتم کربن C-12 نشان می دهد. به شرطی که از واحدهای جرم اتمی در محاسبه میانگین جرم خود استفاده کنید ، این دو مقدار در اصل یکسان هستند.
- به جز چند استثناء خاص ، عناصر سمت راست جدول تناوبی جرم متوسط بیشتری نسبت به عناصر سمت چپ دارند. این می تواند راهی آسان برای بررسی اینکه آیا پاسخ شما منطقی است یا خیر ، باشد.
- 1 واحد جرم اتمی به عنوان 1/12 جرم یک اتم کربن C-12 تعریف شده است.
- فراوانی ایزوتوپ ها بر اساس نمونه هایی که به طور طبیعی در زمین وجود دارند محاسبه می شود. ترکیبات غیر معمول مانند شهاب سنگ ها یا نمونه های آزمایشگاهی ممکن است نسبت های ایزوتوپی متفاوتی داشته باشند و در نتیجه ، میانگین جرم اتمی متفاوتی داشته باشند.
- عدد داخل پرانتز بعد از جرم اتمی نشان دهنده عدم قطعیت آخرین رقم است. به عنوان مثال ، جرم اتمی 1.0173 (4) به این معنی است که یک نمونه کلی از اتمها دارای جرم در محدوده 0.0004 1.0 1.0173 هستند. شما نیازی به استفاده از این عدد ندارید مگر اینکه در مسئله از شما خواسته شود.
- هنگام محاسبه جرم شامل عناصر و ترکیبات ، از متوسط جرم اتمی استفاده کنید.
