Атомная масса представляет собой сумму всех протонов, нейтронов и электронов в одном атоме или молекуле. Масса электрона настолько мала, что ею можно пренебречь и не принимать во внимание. Хотя это технически неверно, термин атомная масса также часто используется для обозначения средней атомной массы всех изотопов элемента. Это второе определение на самом деле является относительной атомной массой, которая также известна как атомный вес элемент. Атомный вес учитывает среднюю массу встречающихся в природе изотопов того же элемента. Химики должны различать эти два типа атомной массы, чтобы руководствоваться своей работой - например, неправильное значение атомной массы может привести к неправильному расчету экспериментальных результатов.
Шаг
Метод 1 из 3: определение атомной массы в периодической таблице
Шаг 1. Понять, как представлять атомную массу
Атомная масса - это масса атома или молекулы. Атомная масса может быть выражена в стандартных единицах массы СИ - граммах, килограммах и т. Д. Однако, поскольку атомная масса очень мала, когда выражается в этих единицах, атомная масса часто выражается в сложных атомных единицах массы (обычно сокращенно u или amu). Стандарт на одну атомную единицу массы составляет 1/12 массы стандартного изотопа углерода-12.
Атомная единица массы выражает массу одного моля элемента или молекулы в граммах. Это очень полезное свойство в практических вычислениях, потому что эта единица измерения позволяет легко переводить между массами и молями количества атомов или молекул одного вида
Шаг 2. Найдите атомную массу в периодической таблице
В большинстве периодических таблиц указана относительная атомная масса (атомный вес) каждого элемента. Эта масса почти всегда указывается в виде числа в нижней части таблицы элементов, под химическим символом, который читается с одной или двух букв. Это число обычно представляется как десятичное, а не целое число.
- Обратите внимание, что относительные атомные массы, указанные в периодической таблице, являются средними значениями соответствующих элементов. Химические элементы имеют разные изотопы - химические формы, которые имеют разные массы из-за добавления или вычитания одного или нескольких нейтронов из ядра атома. Таким образом, относительную атомную массу, указанную в периодической таблице, можно использовать как среднее значение для атомов определенного элемента, но нет как масса одного атома элемента.
- Относительные атомные массы, такие как те, что указаны в периодической таблице, используются для расчета молярных масс атомов и молекул. Атомная масса, представленная в а.е.м., как в периодической таблице, технически не имеет единиц. Однако умножение атомной массы на 1 г / моль дает нам величину, которую можно использовать для молярной массы элемента - массу (в граммах) одного моля атома элемента.
Шаг 3. Поймите, что значения в периодической таблице - это средние атомные массы элемента
Как уже объяснялось, относительная атомная масса, указанная для каждого элемента в периодической таблице, является средним значением всех изотопов атома. Это среднее значение важно для многих практических расчетов - например, для расчета молярной массы молекулы, состоящей из нескольких атомов. Однако при работе с отдельными атомами этого количества иногда бывает недостаточно.
- Значение в периодической таблице не является точным значением для какой-либо отдельной атомной массы, потому что это среднее значение для нескольких различных типов изотопов.
- Атомные массы для отдельных атомов должны быть рассчитаны с учетом точного количества протонов и нейтронов в одном атоме.
Метод 2 из 3: Расчет атомной массы для отдельных атомов
Шаг 1. Найдите атомный номер элемента или изотопа
Атомный номер - это количество протонов в элементе, которое не может меняться. Например, все атомы водорода и только атомы водорода имеют один протон. У натрия атомный номер 11, потому что его ядро состоит из одиннадцати протонов, а у кислорода есть атомный номер 8, потому что его ядро состоит из восьми протонов. Вы можете найти атомный номер любого элемента в периодической таблице - почти в любой стандартной периодической таблице. Атомный номер - это число над химическим символом, состоящее из одной или двух букв. Это число всегда является положительным целым числом.
- Предположим, мы работаем с атомами углерода. У углерода всегда шесть протонов. Итак, мы знаем, что его атомный номер 6. Мы также видим в периодической таблице, что квадрат для углерода (C) имеет цифру «6» вверху, что означает, что атомный номер углерода равен шести.
- Обратите внимание, что атомный номер элемента не имеет прямого влияния на его относительную атомную массу, как это записано в периодической таблице. Хотя кажется вероятным, что атомная масса атома в два раза больше его атомного номера (особенно среди элементов в верхней части периодической таблицы), атомная масса никогда не вычисляется путем умножения атомного номера элемента на два.
Шаг 2. Найдите количество нейтронов в ядре
Количество нейтронов может быть разным для атомов того или иного элемента. Хотя два атома с одинаковым числом протонов и разным числом нейтронов являются одним и тем же элементом, это разные изотопы этого элемента. В отличие от количества протонов в элементе, которое никогда не меняется, количество нейтронов в атомах данного элемента может варьироваться, поэтому средняя атомная масса элемента должна быть представлена как десятичное значение между двумя целыми числами.
- Количество нейтронов можно определить, определив изотоп элемента. Например, углерод-14 - это встречающийся в природе радиоактивный изотоп углерода-12. Вы часто будете видеть изотопы, которым присвоено небольшое число вверху (надстрочный индекс) перед символом элемента: 14C. Количество нейтронов рассчитывается путем вычитания количества протонов из количества изотопов: 14-6 = 8 нейтронов.
- Предположим, атом углерода, с которым мы работаем, имеет шесть нейтронов (12C). Это наиболее распространенный изотоп углерода, составляющий почти 99% всех атомов углерода. Однако около 1% атомов углерода имеют 7 нейтронов (13C). Другие типы атомов углерода, которые имеют более или менее 6 или 7 нейтронов, очень малочисленны.
Шаг 3. Сложите счетчики протонов и нейтронов
Это атомная масса атома. Не беспокойтесь о количестве электронов, вращающихся вокруг ядра - общая масса настолько мала, что в большинстве практических случаев эта масса не повлияет на ваш ответ.
- У нашего атома углерода 6 протонов + 6 нейтронов = 12. Атомная масса этого конкретного атома углерода равна 12. Однако, если атом является изотопом углерода-13, мы знаем, что этот атом имеет 6 протонов + 7 нейтронов = атомный вес. из 13.
- Фактический атомный вес углерода-13 составляет 13 003355, и этот вес является более точным, поскольку он был определен экспериментально.
- Атомная масса почти равна количеству изотопов элемента. Для основных расчетных целей количество изотопов равно атомной массе. При экспериментальном определении атомная масса немного превышает количество изотопов из-за очень небольшого вклада электронов в массу.
Метод 3 из 3: Расчет относительной атомной массы (атомного веса) элемента
Шаг 1. Определите изотопы, присутствующие в образце
Химики часто определяют относительные пропорции изотопов в образце с помощью специального прибора, называемого масс-спектрометром. Однако на уроках химии для студентов и студентов колледжей эта информация часто предоставляется вам на школьных тестах и т. Д. В виде оценок, установленных в научной литературе.
Для наших целей предположим, что мы работаем с изотопами углерод-12 и углерод-13
Шаг 2. Определите относительное содержание каждого изотопа в образце
В одном элементе разные изотопы встречаются в разных пропорциях. Эта пропорция почти всегда обозначается в процентах. Некоторые изотопы имеют очень общие пропорции, в то время как другие чрезвычайно редки - иногда настолько редки, что эти пропорции едва заметны. Эту информацию можно определить с помощью масс-спектрометрии или из справочников.
Предположим, что содержание углерода-12 составляет 99%, а содержание углерода-13 составляет 1%. Другие изотопы углерода действительно существуют, но в таких малых количествах, что ими можно пренебречь в этом примере задачи
Шаг 3. Умножьте атомную массу каждого изотопа на его долю в образце
Умножьте атомную массу каждого изотопа на его процентное содержание (записано в десятичной дроби). Чтобы преобразовать процент в десятичное число, просто разделите процент на 100. Количество процентов, преобразованных в десятичное число, всегда будет равно 1.
- Наш образец содержит углерод-12 и углерод-13. Если углерод-12 составляет 99% образца, а углерод-13 составляет 1% образца, умножьте 12 (атомная масса углерода-12) на 0,99 и 13 (атомная масса углерода-13) на 0,01.
- Справочники дадут вам процентные пропорции, основанные на всех известных количествах изотопов элемента. Большинство учебников химии включают эту информацию в таблицу в конце книги. Масс-спектрометр также может определять долю исследуемого образца.
Шаг 4. Сложите результаты
Сложите результаты умножения, которые вы сделали на предыдущем шаге. Результатом этой суммы является относительная атомная масса вашего элемента - среднее значение атомных масс изотопов вашего элемента. Это значение используется при обсуждении элементов в целом, а не конкретных изотопов элемента.
