Каква е относителната атомна маса на елемент. Химическа енциклопедия Какво е атомна маса, какво означава и как се изписва правилно

Атомна маса, относителна атомна маса(остаряло име - атомно тегло) - стойността на масата на атома, изразена в единици за атомна маса. Понастоящем единицата за атомна маса се приема за равна на 1/12 от масата на неутрален атом на най-често срещания изотоп на въглерод 12C, така че атомната маса на този изотоп по дефиниция е точно 12. За всеки друг изотоп атомната масата не е цяло число, въпреки че е близко до масовото число на този изотоп (т.е. общият брой нуклони - протони и неутрони - в неговото ядро). Разликата между атомната маса на изотоп и неговото масово число се нарича излишна маса (обикновено се изразява в MeVah). Тя може да бъде положителна или отрицателна; причината за възникването му е нелинейната зависимост на енергията на свързване на ядрата от броя на протоните и неутроните, както и разликата в масите на протона и неутрона.

Зависимостта на атомната маса от масовото число е следната: излишната маса е положителна за водород-1, с увеличаване на масовото число намалява и става отрицателна, докато се достигне минимум за желязо-56, след което започва да расте и да се увеличава до положителни стойности за тежки нуклиди. Това съответства на факта, че деленето на ядра, по-тежки от желязото, освобождава енергия, докато деленето на леки ядра изисква енергия. Напротив, сливането на ядра, по-леки от желязото, освобождава енергия, докато сливането на елементи, по-тежки от желязото, изисква допълнителна енергия.

Атомната маса на химичен елемент (също „средна атомна маса“, „стандартна атомна маса“) е среднопретеглената атомна маса на всички стабилни изотопи на даден химичен елемент, като се вземе предвид тяхното естествено изобилие в земната кора и атмосфера. Именно тази атомна маса е представена в периодичната таблица и се използва в стехиометричните изчисления. Атомната маса на елемент с нарушено изотопно съотношение (например обогатен с някакъв изотоп) се различава от стандартната.

Молекулната маса на мохимично съединение е сумата от атомните маси на елементите, които го съставят, умножени по стехиометричните коефициенти на елементите според химичната формула на съединението. Строго погледнато, масата на една молекула е по-малка от масата на нейните съставни атоми с количество, равно на енергията на свързване на молекулата. Този дефект на масата обаче е с 9-10 порядъка по-малък от масата на молекулата и може да бъде пренебрегнат.

Дефиницията на мол (и числото на Авогадро) е избрана така, че масата на един мол вещество (моларна маса), изразена в грамове, е числено равна на атомната (или молекулната) маса на това вещество. Например атомната маса на желязото е 55,847. Следователно един мол железни атоми (т.е. техният брой е равен на числото на Авогадро, 6,022 1023) съдържа 55,847 грама.

Директното сравнение и измерване на масите на атомите и молекулите се извършва с помощта на масспектрометрични методи.
История
До 60-те години атомната маса се определяше така, че изотопът кислород-16 имаше атомна маса 16 (кислородна скала). Въпреки това, съотношението на кислород-17 и кислород-18 в естествения кислород, което също беше използвано при изчисленията на атомната маса, доведе до две различни таблици на атомните маси. Химиците са използвали скала, основана на факта, че естествената смес от кислородни изотопи би имала атомна маса 16, докато физиците приписват същото число от 16 на атомната маса на най-често срещания изотоп на кислорода (който има осем протона и осем неутрона ).
Уикипедия

Масите на атомите и молекулите са много малки. Следователно беше логично да се въведат нови единици за измерване на маса в химията, като се избере масата на един от елементите като стандарт. В съвременната физика и химия 112 маса на въглеродния атом 12C е избрана като единица за атомна маса. Новата единица беше наречена единица за атомна маса.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Единица за атомна маса (a.m.u.)- извънсистемна единица, използвана за изразяване на масите на атоми, молекули, атомни ядра и елементарни частици. Дефинира се като 112 маси на 12C въглероден атом в основно състояние.

1 аму = 1,660539040⋅10−27 kg ≈ 1,66⋅10−27 kg

По този начин масите на всички атоми и молекули могат да бъдат изразени в единици за атомна маса. В такива случаи говорим за абсолютна атомна маса(A) или абсолютно молекулно тегло(molMmol). Тези количества имат размерността [amu].

Доста удобно е да се изразят атомните маси на всички елементи спрямо масата на референтна единица. Масата на атома, изчислена спрямо 1 amu, се нарича относителна атомна маса.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относителна атомна маса на елемент Ar е съотношението на масата на атом към 112 маса на въглероден атом 12C:

Ar(X)=m(X)112m(12C)

Относителната атомна маса е безразмерна величина!

Относителната атомна маса показва колко пъти масата на даден атом е по-голяма от 112 пъти масата на въглероден атом. Например Ar(H)=1, т.е. един водороден атом има същата маса като 112 въглеродни атома; и изписването на Ar(Mg)=24 означава, че магнезиевият атом е 24 пъти по-тежък от 112 въглеродни атома.

Първоначално (през 19 век) атомните тегла на елементите са били свързани с масата на водорода, приемайки последния за едно, по предложение на Джон Далтън, тъй като водородът е най-лекият елемент. Тогава масата на кислорода, взета като 16, се използва като стандарт, тъй като при изчисляване на масата на елементите се използват главно техните кислородни съединения. Съотношението на масата на кислорода към масата на водорода се приема като 16 към 1. Кислородът обаче има три изотопа: 16O , 17O , 18O , следователно, 1/16 от теглото на естествения кислород се характеризира само със средната стойност на масата на всички известни изотопи на кислорода. В резултат на това бяха съставени две скали: физическа (въз основа на масата 16O ) и химически (въз основа на средната маса на естествения кислород), което създаде определени трудности. Следователно през 1961 г. 1/12 от теглото на въглероден атом беше прието като единица маса. 12C .

Атомните маси на много елементи са установени експериментално през 19 век. Например, беше известно, че медта реагира със сярата, за да образува меден сулфид от състава CuS , където има един серен атом за всеки меден атом. Изчислявайки масите на присъединилите се

при реакцията на сяра и мед те забелязаха, че масата на реагиралата сяра е половината от масата на реагиралата мед и следователно всеки меден атом е 2 пъти по-тежък от серния атом. По подобен начин са установени атомните маси на други елементи чрез реакциите на образуване на техните съединения с кислород - оксиди.

Числените стойности на абсолютните маси на атомите, изразени в amu, съвпадат със стойностите на относителните атомни маси.

Стойностите на относителните атомни маси на елементите са дадени в Периодичната таблица на химичните елементи от D.I. Менделеев. Ако даден елемент има няколко изотопа, средната маса на всички изотопи се посочва като атомна маса в периодичната таблица.

При решаване на изчислителни задачи атомната маса е закръгленаспоред правилата на аритметиката, до най-близкото цяло число.

Например: Ar(P)=31, Ar(Ge)=73, Ar(Zn)=65

Изключениее хлор, чиято атомна маса е закръглена до най-близката десета:

Въпреки това, в повечето изпитни задачи и задачи за основно ниво, масата на медта се закръгля до най-близкото цяло число: Ar(Cu)=64.

ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА СРЕДНАТА АТОМНА МАСА НА ЕЛЕМЕНТ

Атомните маси на елементите, дадени в периодичната таблица, имат дробни стойности. Това се дължи на факта, че в този случай говорим за средната относителна атомна маса на елемента. Изчислява се, като се вземе предвид изобилието от изотопи на елемента в земната кора:

Ar(X)=Ar(aX)⋅ω(aX)+Ar(bX)⋅ω(bX)+...,

където Ar е средната относителна атомна маса на елемента X,

Ar(aX),Ar(bX) - относителни атомни маси на изотопите на елемента X,

ω(aX),ω(bX) - масови дялове на съответните изотопи на елемент X по отношение на общата маса на всички атоми на този елемент в природата.

Например хлорът има два естествени изотопа - 35Cl (75,78% от масата) и 37Cl (24,22%). Относителната атомна маса на елемента хлор е:

Ar(Cl)=Ar(35Cl)⋅ω(35Cl)+Ar(37Cl)⋅ω(37Cl)

Ar(Cl)=35⋅0.7578+37⋅0.2422=26.523+8.9614=35.4844≈35.5

Енциклопедичен YouTube

1 / 3

✪ Химия| Относителна атомна маса

✪ Относителна атомна маса. Молекулна маса.

✪ 15. Атомна маса

субтитри

Главна информация

Едно от основните свойства на атома е неговата маса. Абсолютната маса на атома е изключително малка стойност. Така един водороден атом има маса около 1,67⋅10 −24 g. Следователно в химията (за практически цели) е предпочитано и много по-удобно да се използва относителна [конвенционална] стойност, която се нарича относителна атомна масаили просто атомна масаи който показва колко пъти масата на атом на даден елемент е по-голяма от масата на атом на друг елемент, взета като единица за измерване на масата.

Мерната единица за атомни и молекулни маси е 1 ⁄ 12 част от масата на неутрален атом на най-често срещания изотоп на въглерод 12 C. Тази несистемна единица за измерване на маса се нарича единица атомна маса (А. Яжте.) или Dalton (Да).

Разликата между атомната маса на изотоп и неговото масово число се нарича излишна маса (обикновено се изразява в MeV). Тя може да бъде положителна или отрицателна; причината за възникването му е нелинейната зависимост на енергията на свързване на ядрата от броя на протоните и неутроните, както и разликата в масите на протона и неутрона.

Зависимостта на атомната маса на изотопа от масовото число е следната: излишната маса е положителна за водород-1, с увеличаване на масовото число намалява и става отрицателна, докато се достигне минимум за желязо-56, след което започва да расте и се увеличава до положителни стойности за тежки нуклиди. Това съответства на факта, че деленето на ядра, по-тежки от желязото, освобождава енергия, докато деленето на леки ядра изисква енергия. Напротив, сливането на ядра, по-леки от желязото, освобождава енергия, докато сливането на елементи, по-тежки от желязото, изисква допълнителна енергия.

История

При изчисляване на атомните маси, първоначално (от началото на 19 век, според предложението на Дж. Далтън; виж Атомистичната теория на Далтон), масата на водородния атом като най-лекия елемент се приема като единица маса [относителна] , и масите на атомите на други елементи са изчислени по отношение на него. Но тъй като атомните маси на повечето елементи се определят въз основа на състава на техните кислородни съединения, всъщност (де факто) изчисленията са направени по отношение на атомната маса на кислорода, която е приета равна на 16; съотношението между атомните маси на кислорода и водорода се счита за равно на 16: 1. Впоследствие по-точни измервания показват, че това съотношение е равно на 15,874: 1 или, което е същото, 16: 1,0079, в зависимост от това кой атом - кислород или водород - отнасят се до цяло число. Промяната в атомната маса на кислорода би довела до промяна в атомните маси на повечето елементи. Затова беше решено да оставим атомната маса на кислорода 16, като атомната маса на водорода се приеме за равна на 1,0079.

Така беше взета единицата за атомна маса 1 ⁄ 16 част от масата на кислородния атом, т.нар кислородна единица. По-късно беше установено, че естественият кислород е смес от изотопи, така че единицата за кислородна маса характеризира средната маса на атомите на естествените изотопи на кислорода (кислород-16, кислород-17 и кислород-18), които се оказаха нестабилни поради естествени вариации в изотопния състав на кислорода. За атомната физика такава единица се оказа неприемлива и в този клон на науката беше приета единицата за атомна маса 1 ⁄ 16 част от масата на кислородния атом 16 O. В резултат на това се оформиха две скали на атомните маси - химична и физическа. Наличието на две скали за атомна маса създаваше голямо неудобство. Стойностите на много константи, изчислени на физични и химични скали, се оказаха различни. Тази неприемлива позиция доведе до въвеждането на въглеродната скала на атомните маси вместо кислородната скала.

Единна скала на относителните атомни маси и нова единица за атомна маса бяха приети от Международния конгрес на физиците (1960 г.) и унифицирани от Международния конгрес на химиците (1961 г.; 100 години след 1-вия Международен конгрес на химиците), вместо предишни две кислородни единици на атомна маса - физична и химична. Кислород химическиединица е равна на 0,999957 нова единица въглеродна атомна маса. В съвременния мащаб относителните атомни маси на кислорода и водорода са съответно 15,9994:1,0079... Тъй като новата единица за атомна маса е обвързана с конкретен изотоп, а не със средната атомна маса на химичен елемент, естествените изотопни вариации правят не засягат възпроизводимостта на тази единица.

Атомна масае сумата от масите на всички протони, неутрони и електрони, които изграждат атом или молекула. В сравнение с протоните и неутроните, масата на електроните е много малка, така че не се взема предвид при изчисленията. Въпреки че това формално не е правилно, терминът често се използва за означаване на средната атомна маса на всички изотопи на даден елемент. Това всъщност е относителна атомна маса, наричана още атомно теглоелемент. Атомното тегло е средната стойност на атомните маси на всички изотопи на елемент, открит в природата. Химиците трябва да правят разлика между тези два типа атомна маса, когато вършат работата си - неправилна атомна маса може например да доведе до неправилен резултат за добива на реакция.

стъпки

Намиране на атомна маса от периодичната таблица на елементите

Научете как се пише атомната маса.Атомната маса, тоест масата на даден атом или молекула, може да бъде изразена в стандартни единици SI - грамове, килограми и т.н. Въпреки това, тъй като атомните маси, изразени в тези единици, са изключително малки, те често се записват в унифицирани единици за атомна маса или накратко amu. – единици за атомна маса. Една единица атомна маса е равна на 1/12 от масата на стандартния изотоп въглерод-12.

• Единицата за атомна маса характеризира масата един мол от даден елемент в грамове. Тази стойност е много полезна при практически изчисления, тъй като може да се използва за лесно преобразуване на масата на даден брой атоми или молекули на дадено вещество в молове и обратно.

1. Намерете атомната маса в периодичната таблица.Повечето стандартни периодични таблици съдържат атомните маси (атомни тегла) на всеки елемент. Обикновено те са изброени като число в долната част на клетката на елемента, под буквите, представляващи химичния елемент. Обикновено това не е цяло число, а десетична дроб.

   Не забравяйте, че периодичната таблица дава средните атомни маси на елементите.Както беше отбелязано по-рано, относителните атомни маси, дадени за всеки елемент в периодичната таблица, са средните от масите на всички изотопи на атома. Тази средна стойност е ценна за много практически цели: например, тя се използва при изчисляване на моларната маса на молекули, състоящи се от няколко атома. Въпреки това, когато имате работа с отделни атоми, тази стойност обикновено не е достатъчна.

   • Тъй като средната атомна маса е средна стойност на няколко изотопа, стойността, показана в периодичната таблица, не е такава точенстойността на атомната маса на всеки отделен атом.
   • Атомните маси на отделните атоми трябва да бъдат изчислени, като се вземе предвид точният брой протони и неутрони в един атом.

Изчисляване на атомната маса на отделен атом

1. Намерете атомния номер на даден елемент или неговия изотоп.Атомното число е броят на протоните в атомите на даден елемент и никога не се променя. Например всички водородни атоми и самоте имат един протон. Атомното число на натрия е 11, защото има единадесет протона в ядрото си, докато атомното число на кислорода е осем, защото има осем протона в ядрото си. Можете да намерите атомния номер на всеки елемент в периодичната таблица - в почти всички нейни стандартни версии този номер е посочен над буквеното обозначение на химичния елемент. Атомното число винаги е положително цяло число.

   • Да предположим, че се интересуваме от въглеродния атом. Въглеродните атоми винаги имат шест протона, така че знаем, че неговият атомен номер е 6. Освен това виждаме, че в периодичната таблица, в горната част на клетката с въглерод (C) е числото "6", което показва, че атомният въглеродното число е шест.
   • Имайте предвид, че атомният номер на даден елемент не е еднозначно свързан с относителната му атомна маса в периодичната таблица. Въпреки че, особено за елементи в горната част на таблицата, атомната маса на даден елемент може да изглежда като два пъти повече от неговия атомен номер, тя никога не се изчислява чрез умножаване на атомния номер по две.

2. Намерете броя на неутроните в ядрото.Броят на неутроните може да бъде различен за различните атоми на един и същи елемент. Когато два атома на един и същи елемент с еднакъв брой протони имат различен брой неутрони, те са различни изотопи на този елемент. За разлика от броя на протоните, който никога не се променя, броят на неутроните в атомите на даден елемент може често да се променя, така че средната атомна маса на елемент се записва като десетична дроб със стойност, разположена между две съседни цели числа.

   Съберете броя на протоните и неутроните.Това ще бъде атомната маса на този атом. Игнорирайте броя на електроните, които заобикалят ядрото - тяхната обща маса е изключително малка, така че те практически нямат ефект върху вашите изчисления.

Изчисляване на относителната атомна маса (атомно тегло) на елемент

1. Определете кои изотопи се съдържат в пробата.Химиците често определят изотопните съотношения на определена проба с помощта на специален инструмент, наречен масспектрометър. По време на обучение обаче тези данни ще ви бъдат предоставени в задачи, тестове и т.н. под формата на стойности, взети от научната литература.

   • В нашия случай, да кажем, че имаме работа с два изотопа: въглерод-12 и въглерод-13.

2. Определете относителното съдържание на всеки изотоп в пробата.За всеки елемент се срещат различни изотопи в различни съотношения. Тези съотношения почти винаги се изразяват в проценти. Някои изотопи са много често срещани, докато други са много редки - понякога толкова редки, че са трудни за откриване. Тези стойности могат да бъдат определени с помощта на масспектрометрия или намерени в справочник.

   • Да приемем, че концентрацията на въглерод-12 е 99%, а на въглерод-13 е 1%. Други въглеродни изотопи наистина лисъществуват, но в толкова малки количества, че в този случай могат да бъдат пренебрегнати.

3. Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговата концентрация в пробата.Умножете атомната маса на всеки изотоп по неговото процентно съдържание (изразено като десетична дроб). За да преобразувате процентите в десетична запетая, просто ги разделете на 100. Получените концентрации трябва винаги да са 1.

   • Нашата проба съдържа въглерод-12 и въглерод-13. Ако въглерод-12 съставлява 99% от пробата, а въглерод-13 съставлява 1%, тогава умножете 12 (атомната маса на въглерод-12) по 0,99 и 13 (атомната маса на въглерод-13) по 0,01.
   • Справочниците дават проценти въз основа на известните количества на всички изотопи на даден елемент. Повечето учебници по химия съдържат тази информация в таблица в края на книгата. За пробата, която се изследва, относителните концентрации на изотопи могат също да бъдат определени с помощта на масспектрометър.

4. Съберете резултатите.Обобщете резултатите от умножението, които сте получили в предишната стъпка. В резултат на тази операция ще намерите относителната атомна маса на вашия елемент - средната стойност на атомните маси на изотопите на въпросния елемент. Когато се разглежда елемент като цяло, а не конкретен изотоп на даден елемент, се използва тази стойност.

   • В нашия пример 12 x 0,99 = 11,88 за въглерод-12 и 13 x 0,01 = 0,13 за въглерод-13. Относителната атомна маса в нашия случай е 11,88 + 0,13 = 12,01 .

• Някои изотопи са по-малко стабилни от други: те се разпадат на атоми на елементи с по-малко протони и неутрони в ядрото, освобождавайки частици, които изграждат атомното ядро. Такива изотопи се наричат ​​радиоактивни.

Масово число. Масовото число е общият брой на протоните и неутроните в ядрото на атома. Обозначава се със символа А.

Когато се говори за конкретно атомно ядро, обикновено се използва терминът нуклид, а ядрените частици протони и неутрони се наричат ​​заедно нуклони.

Атомно число.Атомният номер на елемент е броят на протоните в ядрото на неговия атом. Означава се със символа Z. Атомното число е свързано с масовото число чрез следната връзка:

където N е броят на неутроните в ядрото на атома.

Всеки химичен елемент се характеризира със специфичен атомен номер. С други думи, два елемента не могат да имат еднакъв атомен номер. Атомното число е равно не само на броя на протоните в ядрото на атомите на даден елемент, но също така е равно на броя на електроните около ядрото на атома. Това се обяснява с факта, че атомът като цяло е електрически неутрална частица. По този начин броят на протоните в ядрото на атома е равен на броя на електроните около ядрото. Това твърдение не се отнася за йони, които, разбира се, са заредени частици.

Първото експериментално доказателство за атомните номера на елементите* е получено през 1913 г. от Хенри Моузли, който е работил в Оксфорд. Той бомбардира твърди метални цели с катодни лъчи. (През 1909 г. Barkla и Kayi вече са показали, че всеки твърд елемент, когато е бомбардиран с бърз лъч от катодни лъчи, излъчва рентгенови лъчи, характерни за този елемент.) Moseley анализира характерните рентгенови лъчи, използвайки техника за фотографски запис. Той откри, че дължината на вълната на характеристичното рентгеново лъчение се увеличава с увеличаване на атомното тегло (маса) на метала и показа, че квадратният корен от честотата на това рентгеново лъчение е право пропорционален на някакво цяло число, което той обозначи със символа З.

Моузли установи, че това число е приблизително половината от стойността на атомната маса. Той стигна до заключението, че това число — атомното число на даден елемент — е основно свойство на неговите атоми. Оказа се, че е равен на броя на протоните в атома на даден елемент. Така Моузли свързва честотата на характеристичното рентгеново лъчение с поредния номер на излъчващия елемент (закон на Моузли). Този закон беше от голямо значение за установяване на периодичния закон на химичните елементи и установяване на физическия смисъл на атомния номер на елементите.

Изследванията на Моузли му позволиха да предскаже съществуването на три елемента, които липсваха в периодичната таблица по това време, с атомни номера 43, 61 и 75. Тези елементи бяха открити по-късно и бяха наречени съответно технеций, прометий и рений.

Нуклидни символи. Обичайно е масовото число на нуклида да се посочва като горен индекс и атомното число като долен индекс отляво на символа на елемента. Например обозначението 1IC означава, че този въглероден нуклид (както всички други въглеродни нуклиди) има атомен номер 6. Този конкретен нуклид има масово число 12. Друг въглероден нуклид има символа 14C Тъй като всички въглеродни нуклиди имат атомен номер 6, определен нуклид често се изписва точно като 14C или въглерод-14.

Изотопи. Изотопите са атомни разновидности на един елемент с различни свойства. Те се различават по броя на неутроните в ядрото си. По този начин изотопите на един и същи елемент имат еднакъв атомен номер, но различни масови числа. В табл Таблица 1.1 показва стойностите на масовото число A, атомния номер Z и броя на неутроните N в ядрото на атомите на всеки от трите изотопа на въглерода.

Таблица 1.1. Въглеродни изотопи

Изотопно съдържание на елементи. В повечето случаи всеки елемент е смес от различни изотопи. Съдържанието на всеки изотоп в такава смес се нарича изотопно изобилие. Например, силицийът се намира в съединения, които се срещат в природата с естествено изотопно изобилие от 92,28% 28Si, 4,67% 29Si и 3,05% 30Si. Моля, имайте предвид, че общото изотопно изобилие на елемента трябва да бъде точно 100%. Относителното изотопно съдържание на всеки от тези изотопи е съответно 0,9228, 0,0467 и 0,0305. Сумата от тези числа е точно 1,0000.

Единица за атомна маса (a.m.u.).Понастоящем масата на нуклида X|C е приета като стандарт за определяне на единицата за атомна маса. На този нуклид се приписва маса от 12,0000 amu. По този начин единица атомна маса е равна на една дванадесета от масата на този нуклид. Истинската стойност на единицата за атомна маса е 1,661 Ю-27 кг. Трите основни частици, които изграждат атома, имат следните маси:

протонна маса = 1,007277 amu неутронна маса = 1.008 665 amu маса на електрона = 0,000 548 6 а. Яжте.

Използвайки тези стойности, можете да изчислите изотопната маса на всеки конкретен нуклид. Например, изотопната маса на нуклида 3JCl е сумата от масите на 17 протона, 18 неутрона и 17 електрона:

17(1,007277 amu) + 18(1,008665 amu) + + 17 (0,0005486 amu) = 35,289005 amu. Яжте.

Точните експериментални данни обаче показват, че изотопната маса на 37C1 има стойност от 34,968 85 a. Несъответствието между изчислените и експериментално установените стойности е 0,32016 amu. Нарича се масов дефект; Причината за масовия дефект е обяснена в разд. 1.3.