ATOM KÜTLESI: TANIMI, TÜRLERI, NASIL HESAPLANACAĞI, ÖRNEKLER - KIMYA

Atomik kütle normal fiziksel birimlerinde veya atomik kütle birimi (uma ou) olarak ifade edilebilir bir atom bulunan malzemenin miktarı vardır. Bir atom neredeyse tüm yapısında boştur; Orbital adı verilen, onları bulma olasılığının belli olduğu bölgelerde yayılan elektronlar ve bunların çekirdeği.

Atomun çekirdeğinde protonlar ve nötronlar bulunur; ilki pozitif yüklü, ikincisi ise nötr yüklü. Bu iki atom altı parçacık, elektronunkinden çok daha büyük bir kütleye sahiptir; bu nedenle, bir atomun kütlesi ne vakum ne de elektronlar tarafından değil çekirdeği tarafından yönetilir.

Ana atom altı parçacıklar ve çekirdeğin kütlesi. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Bir elektronun kütlesi yaklaşık olarak 9.1 · ^10-31 kg iken protonun kütlesi 1.67 · ^10-27 kg'dır, kütle oranı 1.800'dür; yani bir proton, bir elektrondan 1.800 kat daha fazla "ağırlığa sahiptir". Aynı şey nötron ve elektron kütlelerinde de olur. Bu nedenle elektronun sıradan amaçlar için kütle katkısı ihmal edilebilir olarak kabul edilir.

Bu nedenle, genellikle atomun veya atom kütlesinin yalnızca çekirdeğin kütlesine bağlı olduğu varsayılır; bu da nötron ve proton maddelerinin toplamından oluşur. Bu akıl yürütmeden iki kavram ortaya çıkar: her ikisi de yakından ilişkili olan kütle numarası ve atomik kütle.

Atomlarda bu kadar çok "boşluk" olduğu ve kütlelerinin neredeyse tamamı çekirdeğin bir fonksiyonu olduğu için, ikincisinin olağanüstü derecede yoğun olması beklenir.

Söz konusu boşluğu herhangi bir cisimden veya nesneden çıkarırsak, boyutları büyük ölçüde küçülür. Ayrıca, atom çekirdeklerine (elektronlar olmadan) dayalı küçük bir nesne inşa edebilseydik, o zaman milyonlarca tonluk bir kütleye sahip olurdu.

Öte yandan, atom kütleleri aynı elementin farklı atomlarını ayırt etmeye yardımcı olur; Bunlar izotoplardır. Diğerlerinden daha fazla izotop olduğu için, belirli bir element için atomların kütlelerinin ortalaması hesaplanmalıdır; gezegenden gezegene veya bir uzay bölgesinden diğerine değişebilen ortalama.

Tanım ve kavram

Tanımı gereği atom kütlesi, uma veya u ile ifade edilen proton ve nötronların kütlelerinin toplamıdır. Ortaya çıkan sayı (bazen kütle numarası olarak da adlandırılır), çekirdekler için kullanılan gösterimde sol üst köşeye boyutsuz olarak yerleştirilir. Örneğin, ¹⁵ X elementi için atomik kütlesi 15uma veya 15u'dur.

Atom kütlesi, bu element X'in gerçek kimliği hakkında pek bir şey söyleyemez. Bunun yerine, X'in çekirdeğindeki protonlara karşılık gelen atom numarası kullanılır. Bu sayı 7 ise, o zaman fark ( 15-7) 8'e eşit olacaktır; yani X'in 7 protonu ve 8 nötron vardır, bunların toplamı 15'tir.

Görüntüye dönersek, çekirdeğin 5 nötron ve 4 protonu vardır, yani kütle numarası 9'dur; ve sırayla 9 amu atomunun kütlesidir. 4 protona sahip olarak ve periyodik tabloya bakarak, bu çekirdeğin berilyum, Be (veya ⁹ Be) elementininkine karşılık geldiği görülebilir .

Atomik kütle birimi

Atomlar, kütlelerini geleneksel yöntemlerle veya sıradan dengelerle ölçemeyecek kadar küçüktür. Bu nedenle uma, uo Da (renk körü) icat edildi. Atomlar için tasarlanan bu birimler, bir elementin atomlarının birbirleriyle ilişkili olarak ne kadar büyük olduğuna dair fikir sahibi olmanızı sağlar.

Ama bir uma tam olarak neyi temsil eder? Kitle ilişkileri kurmak için bir referans olması gerekir. Bunun için karbon için en bol ve kararlı izotop olan ¹² C atomu referans olarak kullanıldı . 6 protona (atom numarası Z) ve 6 nötronuna sahip olduğundan, atom kütlesi 12'dir.

Protonların ve nötronların aynı kütlelere sahip olduğu varsayılır, böylece her biri 1 amu katkıda bulunur. Atomik kütle birimi daha sonra bir karbon-12 atomunun kütlesinin on ikide biri (1/12) olarak tanımlanır; bu bir proton veya nötronun kütlesidir.

Gram cinsinden eşdeğerlik

Ve şimdi şu soru ortaya çıkıyor: 1 amu kaç grama eşittir? İlk başta ölçmek için yeterince gelişmiş teknikler olmadığından, kimyagerler tüm kütleleri amu ile ifade etmek zorunda kaldılar; ancak bu bir avantajdı ve bir dezavantaj değildi.

Neden? Atom altı parçacıklar çok küçük olduklarından, gram cinsinden ifade edilen kütleleri de aynı derecede küçük olmalıdır. Aslında, 1 amu 1,6605 · 10 eşit ^-24 gram. Dahası, köstebek kavramının kullanılmasıyla, elementlerin kütlelerini ve izotoplarını, bu tür birimlerin g / mol olarak değiştirilebileceğini bilerek amu ile çalışmak bir problem olmadı.

Örneğin, ¹⁵ X ve ⁹ Be'ye geri dönersek, atomik kütlelerinin sırasıyla 15 amu ve 9 amu olduğunu görüyoruz. Bu birimler çok küçük olduğundan ve onları manipüle etmek için ne kadar maddenin "tartılması" gerektiğini doğrudan söylemediğinden, kendi molar kütlelerine dönüştürülürler: 15 g / mol ve 9 g / mol (mol ve Avogadro sayısı kavramlarını tanıtarak).

Ortalama atom kütlesi

Aynı elementin tüm atomları aynı kütleye sahip değildir. Bu, çekirdekte daha fazla atom altı parçacığa sahip olmaları gerektiği anlamına gelir. Aynı element olduğundan, atom numarası veya proton sayısı sabit kalmalıdır; bu nedenle, sahip oldukları nötron miktarlarında yalnızca varyasyon vardır.

İzotopların tanımından şu şekilde çıkıyor: Aynı elementin farklı atom kütlelerine sahip atomları. Örneğin, berilyum neredeyse tamamen izotop ⁹ Be'den oluşur ve eser miktarda ¹⁰ Be içerir. Bununla birlikte, bu örnek, ortalama atomik kütle kavramını anlamada pek yardımcı olmuyor; daha fazla izotoplu birine ihtiyacımız var.

Misal

⁸⁸ J elementinin var olduğunu varsayalım , bu% 60 bolluk ile J'nin ana izotopu. J ayrıca iki izotopa daha sahiptir: % 20 bollukta ⁸⁶ J ve yine% 20 bollukta ⁹⁰ J. Bu demektir ki, 100 J atomlu biz 60'ı olan yeryüzündeki toplamak ⁸⁸ bir karışımını J, ve geri kalan 40 ⁸⁶ J ve ⁹⁰ J.

J'nin üç izotopunun her birinin kendi atomik kütlesi vardır; yani nötron ve protonların toplamı. Ancak, eldeki J için bir atomik kütleye sahip olmak için bu kütlelerin ortalaması alınmalıdır; Burada, Evren'in ⁸⁶ J bolluğunun % 60 değil% 56 olduğu başka bölgeleri de olabileceği gibi burada .

J'nin ortalama atomik kütlesini hesaplamak için, izotoplarının kütlelerinin ağırlıklı ortalaması elde edilmelidir; yani, her biri için bolluk yüzdesini hesaba katarak. Böylece elimizde:

Ortalama Kütle (J) = (86 amu) (0.60) + (88 amu) (0.20) + (90 amu) (0.20)

= 87,2 amu

Yani, J'nin ortalama atom kütlesi (aynı zamanda atom ağırlığı olarak da bilinir) 87,2 amu'dur. Bu arada molar kütlesi 87,2 g / mol'dür. 87.2'nin 88'e 86'dan daha yakın olduğunu ve 90'dan uzak olduğunu unutmayın.

Mutlak atom kütlesi

Mutlak atom kütlesi, gram cinsinden ifade edilen atomik kütledir. Varsayımsal eleman J örneğinde başlayarak, mutlak atomik kütle hesaplayabilir (ortalama), her amu 1.6605 · 10 denk olduğunu bilerek ^-24 gram:

Mutlak atomik kütle (J) = 87.2 amu * (1,6605 · 10 ^-24 gr / amu)

= 1.447956 · 10 ^-22 gr / J atomu

Ortalama J atomuna 1.447956 · 10 mutlak bir kütleye sahip olmaları bu araçlar ^-22 g.

Göreceli atomik kütle

Nispi atomik kütle, sayısal olarak belirli bir element için ortalama atom kütlesiyle aynıdır; Bununla birlikte, ikincinin aksine, ilkinde birlik yoktur. Bu nedenle boyutsuzdur. Örneğin, berilyumun ortalama atomik kütlesi 9.012182 u; bağıl atom kütlesi ise sadece 9.012182'dir.

Bu yüzden bazen bu kavramlar, birbirine çok benzedikleri ve aralarındaki farklar ince olduğu için sıklıkla eşanlamlılar olarak yanlış yorumlanırlar. Peki bu kitleler neye göre? ¹² C'lik kütlenin on ikide birine göre .

Dolayısıyla, 77 nispi atomik kütleye sahip bir element, kütlesi ¹² C'nin 1 / ^12'sinden 77 kat daha büyük olduğu anlamına gelir .

Periyodik tablodaki unsurlara bakanlar, kütlelerinin görece ifade edildiğini göreceklerdir. Amu birimleri yoktur ve şu şekilde yorumlanır: demirin atomik kütlesi 55,846'dır, bu da ¹² C'nin 1/12 bölümünün kütlesinden 55,846 kat daha fazla olduğu anlamına gelir ve 55,846 amu olarak da ifade edilebilir. 55.846 g / mol.

Atomik kütle nasıl hesaplanır

Matematiksel olarak, J elementi örneğiyle nasıl hesaplanacağına dair bir örnek verilmiştir. Genel anlamda, ağırlıklı ortalama formülünü uygulamalıyız, bu şöyle olacaktır:

P = Σ (izotop atomik kütle) (ondalık sayılarda bolluk)

Yani, belirli bir element için her izotopun (normalde doğal) atomik kütlelerine (nötronlar + protonlar) ve bunların karasal bolluklarına (veya dikkate alınan bölge ne olursa olsun) sahip olunması durumunda, söz konusu ağırlıklı ortalama hesaplanabilir.

Ve neden sadece aritmetik ortalama değil? Örneğin, J'nin ortalama atomik kütlesi 87,2 amu'dur. Bu kütleyi tekrar ancak aritmetik olarak hesaplarsak:

Ortalama kütle (J) = (88 amu + 86 amu + 90 amu) / 3

= 88 amu

88 ile 87,2 arasında önemli bir fark olduğunu unutmayın. Bunun nedeni, aritmetik ortalamanın tüm izotopların bolluğunun aynı olduğunu varsaymasıdır; Üç J izotopu olduğundan, her birinin bolluğu 100/3 (% 33.33) olmalıdır. Ancak gerçekte durum böyle değil: diğerlerinden çok daha fazla izotop var.

Ağırlıklı ortalamanın hesaplanmasının nedeni budur, çünkü bir izotopun diğerine göre ne kadar bol olduğunu hesaba katar.

Örnekler

Karbon

Ortalama atomik karbon kütlesini hesaplamak için, karbonun doğal izotoplarına ve bolluklarına ihtiyacımız var. Karbon durumunda bunlar: ¹² C (% 98.89) ve ¹³ C (% 1.11). Bağıl atom kütleleri sırasıyla 12 ve 13'tür ve bu da 12 amu ve 13 amu'ya eşittir. Çözme:

Ortalama atom kütlesi (C) = (12 amu) (0.9889) + (13 amu) (0.0111)

= 12.0111 amu

Bu nedenle, bir karbon atomunun kütlesi ortalama 12.01 amu'dur. Eser miktarda ¹⁴ C olduğu için bu ortalamaya neredeyse hiç etkisi yoktur.

Sodyum

Tüm karasal sodyum atomları ²³ Na izotopundan oluşur , bu nedenle bolluğu% 100'dür. Bu nedenle sıradan hesaplamalarda kütlesinin basitçe 23 amu veya 23 g / mol olduğu varsayılabilir. Bununla birlikte, tam kütlesi 22.98976928 amu'dur.

Oksijen

Üç oksijen izotopu ilgili bollukları ile şöyledir: ¹⁶ O (% 99.762), ¹⁷ O (% 0.038) ve ¹⁸ O (% 0.2). Ortalama atom kütlesini hesaplayacak her şeye sahibiz:

Ortalama atom kütlesi (O) = (16 amu) (0.99762) + (17 amu) (0.00038) + (18 amu) (0.002)

= 16.00438 amu

Bildirilen kesin kütlesi aslında 15.9994 amu olmasına rağmen.

Azot

Aynı adımları oksijenle tekrarladığımızda: ¹⁴ N (% 99.634) ve ¹⁵ N (% 0.366). Yani:

Ortalama atom kütlesi (N) = (14 amu) (0.99634) + (15 amu) (0.00366)

= 14.00366 amu

Azot için bildirilen kütlenin, hesapladığımızdan biraz daha yüksek olan 14.0067 amu olduğunu unutmayın.

Klor

Klor izotopları, ilgili bolluklarıyla: ³⁵ Cl (% 75.77) ve ³⁷ Cl (% 24.23). Sahip olduğumuz ortalama atom kütlesini hesaplarken:

Ortalama atomik kütle (Cl) = (35 amu) (0.7577) + (37 amu) (0.2423)

= 35.4846 amu

Bildirilene çok benzer (35.453 amu).

Disporsiyum

Ve son olarak, birçok doğal izotoplu bir elementin ortalama kütlesi hesaplanacak: Disprosyum. Bunlar ve ilgili bollukları şunlardır: ¹⁵⁶ Dy (% 0.06), ¹⁵⁸ Dy (% 0.10), ¹⁶⁰ Dy (% 2.34), ¹⁶¹ Dy (% 18.91), ¹⁶² Dy (25.51 %), ¹⁶³ Dy (% 24.90) ve ¹⁶⁴ Dy (% 28.18).

Bu metalin atomik kütlesini hesaplamak için önceki örneklerde olduğu gibi ilerliyoruz:

Ortalama atom kütlesi (Dy) = (156 amu) (0.0006%) + (158 amu) (0.0010) + (160 amu) (0.0234) + (161 amu) (0.1891) + (162 amu) (0.2551) + (163 amu) (0.2490) + (164 amu) (0.2818)

= 162.5691 amu

Bildirilen kütle 162,500 amu'dur. ¹⁵⁶ Dy, ¹⁵⁸ Dy ve ¹⁶⁰ Dy izotopları çok az olduğundan, bu ortalamanın 162 ile 163 arasında olduğuna dikkat edin ; baskın olanlar ise ¹⁶² Dy, ¹⁶³ Dy ve ¹⁶⁴ Dy'dir.

Referanslar

Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
Vikipedi. (2019). Atom kütlesi. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
Christopher Masi. (Sf). Atom Kütlesi. Wsc.mass.edu adresinden kurtarıldı
Natalie Wolchover. (12 Eylül 2017). Bir Atomu Nasıl Tartarsınız? Canlı Bilim. Elde edildi: lifecience.com
Kimya LibreTexts. (5 Haziran 2019). Atom Kütlelerinin Hesaplanması. Chem.libretexts.orgs adresinden kurtarıldı
Edward Wichers ve H. Steffen Peiser. (15 Aralık 2017). Atom ağırlığı. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı

ATOM KÜTLESI: TANIMI, TÜRLERI, NASIL HESAPLANACAĞI, ÖRNEKLER - KIMYA - 2024