Относительная атомная масса нуклида как найти

Меня зовут Кузьмин Владимир Александрович.
Я репетитор по Химии

Относительная атомная масса.

Важной характеристикой отдельно взятого атома является его масса. Масса атома складывается из масс входящих в его состав протонов, нейтронов и электронов с учётом дефекта массы.

Массой электронов в расчётах можно пренебрегать, так как она несоизмеримо мала по сравнению с массами покоя протона и нейтрона. Поэтому, вполне можно пользоваться понятием масса нуклида.

Напомним, что нуклид — это ядро атома с конкретным числом протонов и нейтронов.

Дефект массы – потеря ядром атома части массы при его синтезе из отдельных протонов и нейтронов.

Δm – изменение массы (кг); ΔЕ – изменение энергии (Дж); с – скорость света в вакууме (3∙10⁸ м/с).

Данная формула свидетельствует, что при ядерном синтезе ядро теряет часть массы с выделяющейся энергией. Поэтому масса ядра атома всегда меньше суммы масс покоя входящих в состав ядра протонов и нейтронов.

Разность между суммой масс покоя нуклонов (протонов и нейтронов), входящих в состав ядра и массой ядра и есть дефект массы.

Масса нуклида выраженная в килограммах называется абсолютной массой нуклида.

Во многих учебниках можно встретить информацию о том, что в расчётах величиной абсолютной массы, якобы, пользоваться не удобно, поэтому вводят величину относительной атомный массы. Но это заблуждение. Причина использования относительной атомной массы совершенно другая. Корни её кроются в истории.

Абсолютная масса очень маленькая величина.

 Для химиков и физиков 16-17 веков экспериментально её измерить было невозможно. Но даже в то время было важно проводить химические расчёты.

Первым учёным, решившим эту проблему, был Джон Дальтон, он предложил ввести величину относительной атомной массы (Аr). Относительной она называется потому, что вычисляется по отношению к массе произвольно выбранного эталона. Дальтон выбрал за эталон массу самого лёгкого атома — атома водорода и, принял её равной 1.

Относительные атомные массы известных на то время элементов рассчитывались Дальтоном на основе открытым им закона кратных отношений.

В настоящее время за эталон выбрана 1/12 часть абсолютной массы нуклида ¹²С. Этот эталон принято называть атомной единицей массы, сокращённо а.е.м.

Относительная масса нуклида – безразмерная величина, равная отношению абсолютной массы нуклида к 1/12 части массы нуклида ¹²C (атомной единице массы — а.е.м.).

Химический элемент представляет из себя смесь изотопов с определенной массовой долей каждого, поэтому можно вычислить усреднённую массу атома данного химического элемента, такая величина называется средней абсолютной массой атома элемента.

Средняя абсолютная масса атома элемента – масса атома элемента, выраженная в кг., вычисленная с учётом его изотопного состава.

Понятие относительной массы нуклида, не следует путать с понятием относительной атомной массы химического элемента. Не забываем, что элемент — это смесь изотопов. Поэтому относительная атомная масса элемента — величина средняя.

Относительная атомная масса элемента – безразмерная величина, равная отношению средней абсолютной массы атома элемента к 1/12 части массы нуклида ¹²С.

С учётом того, что отношение абсолютной массы нуклида к атомной единице массы есть ни что иное как относительная масса нуклида, выражение можно привести в виду:

Приведенную формулу мы будем использоваться для решения расчетных задач.

ответил

06 Июнь, 20


от
vrednaya47lol_zn
Начинающий

(728 баллов)

1. 

   1

   Изучите как записывается атомная масса. Атомная масса, то есть масса данного атома или молекулы, может быть выражена в стандартных единицах системы СИ – граммах, килограммах и так далее. Однако в связи с тем, что атомные массы, выраженные в этих единицах, чрезвычайно малы, их часто записывают в унифицированных атомных единицах массы, или сокращенно а.е.м. – атомные единицы массы. Одна атомная единица массы равна 1/12 массы стандартного изотопа углерод-12.^[4]
   

   • Атомная единица массы характеризует массу одного моля данного элемента в граммах. Эта величина очень полезна при практических расчетах, поскольку с ее помощью можно легко перевести массу заданного количества атомов или молекул данного вещества в моли, и наоборот.

2. 

   2

   Найдите атомную массу в периодической таблице Менделеева. В большинстве стандартных таблиц Менделеева содержатся атомные массы (атомные веса) каждого элемента. Как правило, они приведены в виде числа в нижней части ячейки с элементом, под буквами, обозначающими химический элемент. Обычно это не целое число, а десятичная дробь.

   • Обратите внимание, что все относительные атомные массы, указанные в таблице Менделеева, для каждого элемента являются средними значениями. У химических элементов есть различные изотопы – химические разновидности, имеющие разные массы из-за дополнительных или отсутствующих нейтронов в атомном ядре.^[5]
     Следовательно, относительные атомные массы, перечисленные в периодической таблице, могут использоваться как среднее значение для атомов определенного элемента, но не как масса одного атома данного элемента.
   • Относительные атомные массы, приведенные в периодической таблице, используются для расчета молярных масс атомов и молекул. Атомные массы, выраженные в а.е.м. (как в таблице Менделеева), по существу безразмерны. Однако просто умножив атомную массу на 1 г/моль, мы получаем полезную характеристику элемента – массу (в граммах) одного моля атомов этого элемента.

3. 

   3

   Помните о том, что в периодической таблице приведены средние атомные массы элементов. Как было отмечено ранее, относительные атомные массы, указанные для каждого элемента в периодической системе, являются средними значениями масс всех изотопов атома. Это среднее значение ценно для многих практических целей: к примеру, оно используется при расчете молярной массы молекул, состоящих из нескольких атомов. Однако когда вы имеете дело с отдельными атомами, этого значения, как правило, бывает недостаточно.

   • Поскольку средняя атомная масса представляет собой усредненное значение для нескольких изотопов, величина, указанная в таблице Менделеева не является точным значением атомной массы любого единичного атома.
   • Атомные массы отдельных атомов необходимо рассчитывать с учетом точного числа протонов и нейтронов в единичном атоме.

   Реклама

1. 

   1

   Найдите атомный номер данного элемента или его изотопа. Атомный номер – это количество протонов в атомах элемента, оно никогда не изменяется.^[6]
   Например, все атомы водорода, причем только они, имеют один протон. Атомный номер натрия равен 11, поскольку в его ядре одиннадцать протонов, тогда как атомный номер кислорода составляет восемь, так как в его ядре восемь протонов. Вы можете найти атомный номер любого элемента в периодической таблице Менделеева – практически во всех ее стандартных вариантах этот номер указан над буквенным обозначением химического элемента. Атомный номер всегда является положительным целым числом.

   • Предположим, нас интересует атом углерода. В атомах углерода всегда шесть протонов, поэтому мы знаем, что его атомный номер равен 6. Кроме того, мы видим, что в периодической системе, в верхней части ячейки с углеродом (C) находится цифра «6», указывающая на то, что атомный номер углерода равен шести.
   • Обратите внимание, что атомный номер элемента не связан однозначно с его относительной атомной массой в периодической системе. Хотя, особенно для элементов в верхней части таблицы, может показаться, что атомная масса элемента вдвое больше его атомного номера, она никогда не рассчитывается умножением атомного номера на два.

2. 

   2

   Найдите число нейтронов в ядре. Количество нейтронов может быть различным для разных атомов одного и того же элемента. Когда два атома одного элемента с одинаковым количеством протонов имеют разное количество нейтронов, они являются разными изотопами этого элемента. В отличие от количества протонов, которое никогда не меняется, число нейтронов в атомах определенного элемента может зачастую меняться, поэтому средняя атомная масса элемента записывается в виде десятичной дроби со значением, лежащим между двумя соседними целыми числами.

   • Количество нейтронов можно определить по обозначению изотопа элемента. Например, углерод-14 представляет собой радиоактивный изотоп углерода-12, встречающийся в природе. Часто номер изотопа указывается в виде надстрочного числа, стоящего перед символом элемента: ¹⁴C. Количество нейтронов находится путем вычитания числа протонов из номера изотопа: 14 – 6 = 8 нейтронов.
   • Допустим, что интересующий нас атом углерода имеет шесть нейтронов (¹²C). Это наиболее распространенный изотоп углерода, насчитывающий около 99% всех атомов данного элемента.^[7]
     Однако около 1% атомов углерода имеют 7 нейтронов (¹³C). Другие виды атомов углерода имеют больше 7 или меньше 6 нейтронов и существуют в очень малых количествах.

3. 

   3

   Сложите количество протонов и нейтронов. Это и будет атомной массой данного атома. Не обращайте внимания на количество электронов, которые окружают ядро – их суммарная масса чрезвычайно мала, поэтому они практически не влияют на ваши расчеты.

   • Наш атом углерода имеет 6 протонов + 6 нейтронов = 12. Таким образом, атомная масса данного атома углерода равна 12. Если бы это был изотоп «углерод-13», то мы бы знали, что у него есть 6 протонов + 7 нейтронов = атомная масса 13.
   • В действительности атомная масса углерода-13 составляет 13,003355^[8]
     , причем это значение является более точным, поскольку было определено экспериментальным путем.
   • Атомная масса очень близка к номеру изотопа. Для удобства вычислений номер изотопа часто полагают равным атомной массе. Экспериментально определенные значения атомной массы немного превышают номер изотопа из-за очень малого вклада со стороны электронов.

   Реклама

1. 

   1

   Определите, какие изотопы содержатся в образце. Химики часто определяют соотношение изотопов в конкретном образце с помощью специального прибора под названием масс-спектрометр. Однако при обучении эти данные будут предоставлены вам в условиях заданий, контрольных и так далее в виде значений, взятых из научной литературы.

   • В нашем случае допустим, что мы имеем дело с двумя изотопами: углеродом-12 и углеродом-13.

2. 

   2

   Определите относительное содержание каждого изотопа в образце. Для каждого элемента различные изотопы встречаются в разных соотношениях. Эти соотношения почти всегда выражают в процентах. Некоторые изотопы встречаются очень часто, тогда как другие очень редки – временами настолько, что их с трудом можно обнаружить. Эти величины можно определить с помощью масс-спектрометрии или найти в справочнике.

   • Допустим, что концентрация углерода-12 равна 99%, а углерода-13 – 1%. Другие изотопы углерода действительно существуют, но в количествах настолько малых, что в данном случае ими можно пренебречь.

3. 

   3

   Умножьте атомную массу каждого изотопа на его концентрацию в образце. Умножьте атомную массу каждого изотопа на его процентное содержание (выраженное в виде десятичной дроби). Чтобы перевести проценты в десятичную дробь, просто разделите их на 100. Полученные концентрации в сумме всегда должны давать 1.

   • Наш образец содержит углерод-12 и углерод-13. Если углерод-12 составляет 99% образца, а углерод-13 – 1%, то необходимо умножить 12 (атомная масса углерода-12) на 0,99 и 13 (атомная масса углерода-13) на 0,01.
   • В справочниках даются процентные соотношения, основанные на известных количествах всех изотопов того или иного элемента. Большинство учебников по химии содержат эту информацию в виде таблицы в конце книги. Для изучаемого образца относительные концентрации изотопов можно также определить с помощью масс-спектрометра.

4. 

   4

   Сложите полученные результаты. Просуммируйте результаты умножения, которые вы получили в предыдущем шаге. В результате этой операции вы найдете относительную атомную массу вашего элемента – среднее значение атомных масс изотопов рассматриваемого элемента. Когда рассматривается элемент в целом, а не конкретный изотоп данного элемента, используется именно эта величина.

   • В нашем примере 12 x 0,99 = 11,88 для углерода-12, и 13 x 0,01 = 0,13 для углерода-13. Относительная атомная масса в нашем случае составляет 11,88 + 0,13 = 12,01.

   Реклама

Советы

• Некоторые изотопы менее стабильны, чем другие: они распадаются на атомы элементов с меньшим количеством протонов и нейтронов в ядре с выделением частиц, входящих в состав атомного ядра. Такие изотопы называют радиоактивными.

Реклама

Что вам понадобится

• Справочник по химии
• Калькулятор