Definícia atómovej hmotnosti, typy, ako ju vypočítať, príklady

Ten atómová hmota Je to množstvo hmoty prítomnej v atóme, ktoré je možné vyjadriť v bežných fyzických jednotkách alebo v atómových hmotnostných jednotkách (UMA alebo U). Atóm je prázdny takmer v celej svojej štruktúre; Elektróny, ktoré sú rozmazané v regiónoch nazývaných orbitál, kde existuje určitá pravdepodobnosť ich nájsť, a ich jadro.

V jadre atómu sú protóny a neutróny; Prvý s kladnými nábojmi, zatiaľ čo sekundy s neutrálnym zaťažením. Tieto dve subatomické častice majú oveľa väčšiu hmotnosť ako elektrón; Preto sa hmotnosť atómu riadi jeho jadrom a nie prázdnymi alebo elektrónmi.

Hlavné subatomické častice a hmotnosť jadra. Zdroj: Gabriel Bolívar.

Hmotnosť elektrónu je približne 9,1,10^-31 kg, zatiaľ čo protón 1,67 · 10^-27 kg, čo je hmotnostný pomer 1.800; to znamená, že protón „váži“ 1.800 krát viac ako elektrón. Podobne to isté sa deje s hmotnosťami neutrónov a elektrónov. Preto sa hmotný príspevok elektrónu na bežné účely považuje za zanedbateľný.

Z tohto dôvodu sa zvyčajne predpokladá, že hmotnosť atómu alebo atómová hmota závisí iba od hmotnosti jadra; ktorý zase pozostáva zo súčtu subjektu neutrónov a protónov. Z tohto odôvodnenia vychádzajú dva koncepty: hromadné číslo a atómová hmota, obe dôverne súvisiace.

Mať toľko „prázdnych“ v atómoch a keďže jej hmotnosť je takmer výlučne jadrom, očakáva sa, že ten bude mimoriadne hustý.

Keby sme túto medzeru vzali do akéhokoľvek tela alebo objektu, jeho rozmery by boli drasticky. Tiež, ak by sme mohli postaviť malý predmet založený na atómových jadrách (bez elektrónov), potom by to malo množstvo miliónov ton.

Na druhej strane atómové masy pomáhajú rozlišovať rôzne atómy od toho istého prvku; To sú, izotopy. Majúc hojnejšie izotopy ako iné, je potrebné odhadnúť priemer atómových hmôt pre určitý prvok; priemer, ktorý sa môže líšiť od planéty na planéte alebo od jedného priestoru do druhého.

[TOC]

Definícia a koncept

Podľa definície je atómová hmota súčtom masy ich protónov a neutrónov vyjadrených UMA alebo U. Výsledné číslo (tiež nazývané číslo hmotnosti) je umiestnené bez rozmeru v ľavom hornom rohu v zápise používanej pre jadrá. Napríklad pre prvok ^pätnásťX jeho atómová hmota je 15um alebo 15U.

Atómová hmota nemôže veľa povedať o skutočnej identite tohto prvku x. Namiesto toho sa používa atómové číslo, ktoré zodpovedá protónom, v ktorých sa nachádza jadro x. Ak je toto číslo 7, potom sa rozdiel (15-7) rovná 8; to znamená, X má 7 protónov a 8 neutrónov, ktorých suma je 15.

Po návrate na obrázok má jadro 5 neutrónov a 4 protónov, takže jeho hmotnostné číslo je 9; A na druhej strane 9 Uma je hmotnosť jeho atómu. Mať 4 protóny a konzultovať s periodickou tabuľkou, je zrejmé, že toto jadro zodpovedá prvku berylia (alebo ⁹Byť).

Jednotka atómovej hmotnosti

Atómy sú príliš malé na to, aby merali svoje masy konvenčnými metódami alebo obyčajnými mierkami. Z tohto dôvodu bol vynájdený UMA alebo O DA (daltón). Tieto jednotky navrhnuté pre atómy vám umožňujú mať predstavu o tom, aké masívne sú atómy prvku vo vzťahu k sebe navzájom.

Môže vám slúžiť: kobalt: štruktúra, vlastnosti, aplikácie

Ale čo presne predstavuje Uma? Musí existovať referencia, ktorá vám umožní nadviazať masové vzťahy. Na tento účel sa atóm použil ako referencia ¹²C, ktorý je najhojnejší a najstabilnejší izotop pre uhlík. Mať 6 protónov (ich atómové číslo Z) a 6 neutrónov, jeho atómová hmota je preto 12.

Predpokladá sa, že protóny a neutróny majú rovnaké hmotnosti, takže každý príspevok 1 Uma. Jednotka atómovej hmoty sa potom definuje ako dvanásť časť (1/12) atómu hmotnosti A uhlíka-12; To znamená, hmotnosť protónu alebo neutrón.

Rovnocennosť v gramoch

A teraz vyvstáva nasledujúca otázka: Koľko gramov zodpovedá 1 UMA? Keďže spočiatku neboli dostatočne pokročilé žiadne techniky na to, aby sa to zmerali, chemikálie sa museli uspokojiť s vyjadrením všetkých hmôt pomocou UMA; Bola to však výhoda a nie nevýhoda.

Pretože? Pretože ako malé subatomické častice, rovnako ako dieťa, musí to byť ich hmota vyjadrená v gramoch. V skutočnosti je 1 UMA rovnocenná s 1 6605,10^-24 gram. Okrem toho s použitím koncepcie mol nebolo problémom pracovať s masami prvkov a ich izotopov s UMA s vedomím, že takéto jednotky by sa mohli modifikovať na G/mol.

Napríklad návrat do ^pätnásťX a ⁹Máme, že ich atómové masy sú 15 UMA a 9 UMA, respektíve. Pretože tieto jednotky sú také malé a nehovoria, koľko hmoty musí „vážiť“, aby sa s nimi manipulovalo, transformujú sa na svoje príslušné molárne masy: 15 g/mol a 9 g/mol (zavádzanie konceptov krtkov a avogadro).

Priemerná atómová hmota

Nie všetky atómy toho istého prvku majú rovnakú hmotu. To znamená, že v jadre musia mať viac subatomických častíc. Keďže je rovnakým prvkom, atómové číslo alebo počet protónov musia zostať konštantné; Preto existujú iba rozdiely v množstvách neutrónov, ktoré majú.

Zdá sa teda z definície izotopov: atómy toho istého prvku, ale s rôznymi atómovými hmotami. Napríklad Berylium takmer úplne pozostáva z izotopu ⁹Byť so stopami stôp ¹⁰Byť. Tento príklad však veľmi nepomáha porozumieť koncepcii priemernej atómovej hmoty; Potrebujeme jeden s viacerými izotopmi.

Príklad

Predpokladajme, že prvok existuje ⁸⁸J, toto je hlavný izotop J s množstvom 60%. J má okrem toho ďalšie dve izotopy: ⁸⁶J, s množstvom 20%a ⁹⁰J, s množstvom tiež 20%. To znamená, že zo 100 atómov J, ktoré zhromažďujeme na Zemi, 60 z nich je ⁸⁸J a zostávajúcich 40 zmesi ⁸⁶J a ⁹⁰J.

Každá z troch izotopov J má svoju vlastnú atómovú hmotu; to znamená, že jeho súčet neutrónov a protónov. Tieto masy však musia byť spriemerované, aby boli schopné mať atómovú hmotnosť pre J; tu na Zemi, pretože môžu existovať ďalšie regióny vesmíru, kde množstvo ⁸⁶J je 56% a nie 60%.

Môže vám slúžiť: Sodík: História, štruktúra, vlastnosti, riziká a použitie

Na výpočet priemernej atómovej hmotnosti J sa musí získať vážený priemer hmotností ich izotopov; to znamená, berúc do úvahy percento hojnosti pre každú z nich. Máme teda:

Priemerná hmotnosť (J) = (86 UMA) (0,60) + (88 UMA) (0,20) + (90 UMA) (0,20)

= 87,2 Uma

To znamená, že priemerná atómová hmota (známa tiež ako j je 87,2 UMA. Medzitým je jeho molárna hmota 87,2 g/mol. Všimnite si, že 87.2 je bližšie ako 88 ako 86 a je tiež vzdialený od 90.

Absolútna atómová hmota

Absolútna atómová hmota je atómová hmota exprimovaná v gramoch. Od príkladu hypotetického prvku môžeme vypočítať jeho absolútnu atómovú hmotu (priemer) s vedomím, že každá UMA je ekvivalentná 1 6605,10^-24 Gramy:

Absolútna atómová hmota (J) = 87,2 Uma * (1 6605,10^-24 g/ uma)

= 1,447956 · 10^-22 g/atóm j

To znamená, že v priemere atómy J majú absolútnu hmotnosť 1,447956,10^-22 g.

Relatívna hmotnosť

Relatívna atómová hmota je identická s priemernou atómovou hmotnosťou pre daný prvok; Na rozdiel od druhého však prvému chýba jednota. Preto je bezrozmerný. Napríklad priemerná atómová hmotnosť berylia je 9 012182 U; zatiaľ čo jej relatívna atómová hmota je jednoducho 9 012182.

Preto niekedy tieto koncepty zvyčajne nepochopia ako synonymá, pretože sú veľmi podobné a rozdiely medzi nimi sú jemné. Ale čo sú tieto masy relatívne? Vo vzťahu k dvanástich časťou hmotnosti ¹²C.

Prvok s relatívnou atómovou hmotnosťou 77 znamená, že má hmotnosť 77 -krát väčšiu ako 1/12 časť ¹²C.

Tí, ktorí získali prvky v periodickej tabuľke, môžu vidieť, že ich masy sú vyjadrené relatívne. Nemajú jednotky UMA a interpretuje sa ako: železo má atómovú hmotnosť 55 846, čo znamená, že je 55,846 -krát masívnejšia ako hmotnosť 1/12 časti časti 1/12 ¹²C, a ktoré sa dá vyjadriť aj ako 55 846 UMA alebo 55 846 g/mol.

Ako vypočítať atómovú hmotu

Matematicky príklad toho, ako ho vypočítať s príkladom prvku j. Vo všeobecnosti sa musí uplatniť vážený priemerný vzorec, ktorý by bol:

P = σ (atómová hmotnosť izotopov) (množstvo v desatinných miestach)

Inými slovami, s atómovými hmotami (neutróny + protóny) každého izotopu (obyčajný prírodný) pre určitý prvok, ako aj ich príslušné suchozemské množstvo (alebo čokoľvek, čo región zvažuje), potom je možné vypočítať uvedený vážený priemer.

A prečo nie jednoducho aritmetický priemer? Napríklad priemerná atómová hmotnosť j je 87,2 UMA. Ak túto hmotnosť znova vypočítame, ale aritmetickým spôsobom budeme mať:

Priemerná hmotnosť (J) = (88 UMA + 86 UMA + 90 UMA)/3

= 88 Uma

Všimnite si, že existuje dôležitý rozdiel medzi 88 a 87.2. Je to tak preto, že v aritmetickom priemere sa predpokladá, že množstvo všetkých izotopov je rovnaké; Ak existujú tri izotopy J, každý musí mať množstvo 100/3 (33,33%). Ale nie je to naozaj: existuje oveľa viac hojných izotopov ako iné.

Môže vám slúžiť: uretán: štruktúra, vlastnosti, získanie, použitie

Z tohto dôvodu sa vypočíta vážený priemer, pretože sa berie do úvahy, ako hojný je izotop vzhľadom na iný.

Príklady

Uhlík

Na výpočet priemernej atómovej hmotnosti uhlíka potrebujeme jeho prírodné izotopy s ich výskytom. V prípade uhlíka sú: ¹²C (98,89%) a ¹³C (1,11%). Ich relatívne atómové hmoty sú 12 a 13, čo je zase rovné 12 UMA a 13 UMA. Riešenie:

Priemerná atómová hmotnosť (C) = (12 UMA) (0,9889) + (13 UMA) (0,0111)

= 12,0111 Uma

Preto je hmotnosť atómu uhlíka v priemere 12,01 UMA. Mať stopy sumy ¹⁴C, nemá takmer žiadny vplyv na tento priemer.

Sodík

Všetky atómy suchého sodíka pozostávajú z izotopu ²³Na, takže jeho hojnosť je 100%. Preto v bežných výpočtoch možno predpokladať, že jeho hmotnosť je jednoducho 23 UMA alebo 23 g/mol. Jeho presná hmota je však 22.98976928 Uma.

Kyslík

Tri kyslíkové izotopy s ich výskytmi sú: ¹⁶O (99 762%), ¹⁷Alebo (0,038%) a ¹⁸O (0,2%). Máme všetko na výpočet jeho priemernej atómovej hmoty:

Priemerná atómová hmotnosť (O) = (16 UMA) (0,99762) + (17 UMA) (0,00038) + (18 UMA) (0,002)

= 16,00438 Uma

Aj keď jej presná hlásená hmota je v skutočnosti 15 9994 UMA.

Dusík

Opakovanie rovnakých krokov s kyslíkom, aký máme: ¹⁴N (99 634%) a ^pätnásťN (0,366%). Tak:

Priemerná atómová hmotnosť (N) = (14 UMA) (0,99634) + (15 UMA) (0,00366)

= 14,00366 Uma

Všimnite si, že hmota hlásená pre dusík je 14 0067 UMA, o niečo väčšia ako to, čo vypočítame.

Chlór

Izotopy chlóru s ich príslušnými výskytmi sú: ³⁵CL (75,77%) a ³⁷Cl (24,23%). Výpočet jeho priemernej atómovej hmoty, ktorú máme:

Priemerná atómová hmotnosť (Cl) = (35 UMA) (0,7577) + (37 UMA) (0,2423)

= 35 4846 Uma

Veľmi podobné správe (35 453 UMA).

Disposio

A nakoniec sa vypočíta priemerná hmotnosť prvku s mnohými prírodnými izotopmi: disposio. Tieto a ich príslušné hojnosť sú: ¹⁵⁶DY (0,06%), ¹⁵⁸DY (0,10%), ¹⁶⁰DY (2,34%), ¹⁶¹DY (18,91%), ¹⁶²DY (25,51%), ¹⁶³Dy (24,90%) a ¹⁶⁴DY (28,18%).

Postupujeme ako predchádzajúce príklady výpočtu atómovej hmotnosti tohto kovu:

Priemerná atómová hmotnosť (DY) = (156 UMA) (0,0006%) + (158 UMA) (0,0010) + (160 UMA) (0,0234) + (161 UMA) (0,1891) + (162 UMA) (0,2551) + (163 UMA) (0,2490) + (164 UMA) (0,2818)

= 162 5691 Uma

Hlásená hmota je 162 500 UMA. Všimnite si, že tento priemer je medzi 162 a 163, pretože izotopy ¹⁵⁶D Y, ¹⁵⁸Dym a ¹⁶⁰Dy je málo hojných; zatiaľ čo tí, ktorí prevládajú ¹⁶²D Y, ¹⁶³Dym a ¹⁶⁴D Y.

Odkazy

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chémia. (8. vydanie.). Učenie sa.
2. Wikipedia. (2019). Atómová hmota. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. Christopher Masi. (s.F.). Atómová hmota. Získané z: WSC.Masa.Edu
4. Natalie Wolchover. (12. september 2017). Ako vážiš atóm? Živá veda. Zotavené z: Livescience.com
5. Chémia librettexts. (5. júna 2019). Výpočet atómových hmôt. Získané z: Chem.Librettexts.orks
6. Edward Wichers a H. Steffen Peiser. (15. decembra 2017). Atómová hmotnosť. Encyclopædia Britannica. Získané z: Britannica.com