(1766–1844) במהלך הרצאותיו הראה לתלמידים מודלים של אטומים מגולפים מעץ, והראו כיצד הם יכולים להתאחד ליצירת חומרים שונים. כשאחד התלמידים נשאל מהם אטומים, הוא ענה: "אטומים הם צבעוניים צבעים שוניםקוביות עץ שמר דלטון המציא".

כמובן שדלטון התפרסם לא בגלל שרירי הבטן שלו, או אפילו בגלל העובדה שבגיל שתים עשרה הוא הפך מורה בבית הספר. הופעתה של תורת האטום המודרנית קשורה בשמו של דלטון. בפעם הראשונה בהיסטוריה של המדע, הוא חשב על האפשרות למדוד את המוני האטומים והציע שיטות ספציפיות לכך. ברור שאי אפשר לשקול אטומים ישירות. דלטון דיבר רק על "היחס בין המשקלים של החלקיקים הקטנים ביותר של גופים גזים ואחרים", כלומר על המסות היחסיות שלהם. ועד היום, למרות שהמסה של כל אטום ידועה במדויק, היא אף פעם לא מתבטאת בגרמים, מכיוון שזה מאוד לא נוח. לדוגמה, המסה של אטום של אורניום - היסוד הכבד ביותר הקיים על פני כדור הארץ - היא רק 3.952·10 -22 גרם. לכן, מסת האטומים מתבטאת ביחידות יחסיות, המראה כמה פעמים מסת האטומים של נתון נתון אֵלֵמֶנט יותר מסהאטומים של יסוד אחר מקובלים כסטנדרט. למעשה, זהו "יחס המשקל" של דלטון, כלומר. קרוב משפחה מסה אטומית.

דלטון לקח את המסה של אטום המימן כיחידת מסה, וכדי למצוא את המסות של אטומים אחרים הוא השתמש באלו שנמצאו על ידי חוקרים שונים קומפוזיציות באחוזיםתרכובות מימן שונות עם יסודות אחרים. לפיכך, לפי Lavoisier, מים מכילים 15% מימן ו-85% חמצן. מכאן מצא דלטון שהמסה האטומית היחסית של חמצן היא 5.67 (בהנחה שבמים יש אטום חמצן אחד לכל אטום מימן). על פי נתוני הכימאי האנגלי ויליאם אוסטין (1754–1793) על הרכב האמוניה (80% חנקן ו-20% מימן), דלטון קבע את המסה האטומית היחסית של חנקן שווה ל-4 (גם בהנחה מספר שווהאטומי מימן וחנקן בתרכובת זו). ומנתונים על ניתוח של כמה פחמימנים, דלטון הקצה ערך של 4.4 לפחמן. בשנת 1803, דלתון ערכה את הטבלה הראשונה בעולם של המסות האטומיות היחסיות של יסודות מסוימים. לאחר מכן, טבלה זו עברה שינויים חזקים מאוד; העיקריים שבהם התרחשו במהלך חייו של דלטון, כפי שניתן לראות מהטבלה הבאה, המציגה נתונים מספרי לימוד שפורסמו ב שנים שונות, וכן בפרסום הרשמי של IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry.

קודם כל, המסה האטומית יוצאת הדופן של דלטון מושכת תשומת לב: הם שונים פי כמה מהמודרניים! זה נובע משתי סיבות. הראשון הוא חוסר הדיוק של הניסוי בסוף המאה ה-18 - תחילת המאה ה-19. כאשר גיי-לוסאק והומבולדט חידדו את הרכב המים (12.6% H ו-87.4% O), דלטון שינה את הערך של המסה האטומית של החמצן, תוך שהוא שווה ל-7 (לפי נתונים מודרניים, מים מכילים 11.1% מימן). ככל ששיטות המדידה השתפרו, השתכללו המסות האטומיות של יסודות רבים אחרים. במקביל, מימן נבחר תחילה כיחידת מדידה של מסות אטומיות, אחר כך חמצן, וכעת פחמן.

הסיבה השנייה חמורה יותר. דלטון לא ידע את היחס בין אטומים של יסודות שונים בתרכובות שונות, ולכן הוא קיבל את ההשערה הפשוטה ביותר של יחס של 1:1. זו הייתה דעתם של כימאים רבים עד שהם הוקמו בצורה מהימנה והתקבלו על ידי כימאים נוסחאות נכונותלהרכב של מים (H 2 O) ואמוניה (NH 3), ותרכובות רבות אחרות. כדי לקבוע את הנוסחאות של חומרים גזים, נעשה שימוש בחוק אבוגדרו, המאפשר לקבוע את המסה המולקולרית היחסית של חומרים. לנוזל ו מוצקיםהשתמש בשיטות אחרות ( ס"מ. הגדרת משקל מולקולרי). קל במיוחד היה לקבוע נוסחאות לתרכובות של יסודות בעלי ערכיות משתנה, למשל, כלוריד ברזל. המסה האטומית היחסית של כלור הייתה ידועה כבר מניתוח של מספר תרכובות הגזים שלו. כעת, אם נניח שבברזל כלוריד מספר אטומי המתכת והכלור זהה, אז עבור כלוריד אחד המסה האטומית היחסית של ברזל הייתה שווה ל-27.92, ועבור השני - 18.62. מכאן נובע שהנוסחאות של הכלורידים FeCl 2 ו- FeCl 3, ו א r(Fe) = 55.85 (ממוצע של שני ניתוחים). האפשרות השנייה היא הנוסחאות FeCl 4 ו- FeCl 6, ו א r (Fe) = 111.7 - לא נכלל כבלתי סביר. מסות אטומיות יחסית של מוצקים עזרו למצוא כלל אצבע, נוסח בשנת 1819 על ידי המדענים הצרפתים P.I. Dulong ו- A.T. Petit: התוצר של המסה האטומית וקיבולת החום הוא ערך קבוע. חוק Dulong–Petit עבד טוב במיוחד עבור מתכות, מה שאפשר, למשל, לברזליוס להבהיר ולתקן את המסות האטומיות של חלק מהן.

כאשר בוחנים את המסות האטומיות היחסיות של יסודות כימיים הניתנים בטבלה המחזורית, תבחין כי עבור יסודות שונים הם ניתנים בדיוק שונה. למשל, לליתיום - עם 4 מספרים משמעותיים, לגופרית ופחמן - עם 5, למימן - עם 6, להליום וחנקן - עם 7, לפלואור - עם 8. למה עוול כזה?

מסתבר שהדיוק שבו נקבעת המסה האטומית היחסית של יסוד נתון תלוי לא כל כך בדיוק של המדידות, אלא בגורמים "טבעיים" שאינם תלויים בבני אדם. הם קשורים לשונות של ההרכב האיזוטופי של יסוד נתון: בדגימות שונות היחס בין האיזוטופים אינו זהה לחלוטין. לדוגמה, כאשר מים מתאדים, מולקולות עם איזוטופים קלים ( ס"מ. רכיבים כימיים) מימן עובר לשלב הגז מעט מהר יותר ממולקולות מים כבדות המכילות איזוטופים 2 H. כתוצאה מכך, יש מעט פחות איזוטופ 2 H באדי מים מאשר במים נוזליים. אורגניזמים רבים חולקים גם איזוטופים של יסודות קלים (עבורם ההבדל במסה משמעותי יותר מאשר ליסודות כבדים). לפיכך, במהלך הפוטוסינתזה, הצמחים נותנים עדיפות לאיזוטופ הקל 12 C. לכן, באורגניזמים חיים, כמו גם שמן ופחם המופקים מהם, התוכן של האיזוטופ הכבד 13 C מצטמצם, וב פחמן דו חמצניוהקרבונטים שנוצרים ממנו, להיפך, גדלים. מיקרואורגניזמים המפחיתים סולפטים צוברים גם את איזוטופ האור 32 S, ולכן יש יותר ממנו בסולפטים משקעים. ב"שאריות" שאינן מתעכלות על ידי חיידקים, שיעור האיזוטופ הכבד 34 S גדול יותר. (אגב, על ידי ניתוח היחס בין איזוטופים גופרית, גיאולוגים יכולים להבחין בין מקור משקע של גופרית למקור מגמטי. וביחס של איזוטופים 12 C ו- 13 C, אפשר אפילו להבחין בין סוכר קנים לסוכר סלק!)

לכן, עבור אלמנטים רבים זה פשוט לא הגיוני לתת מסות אטומיות מדויקות מאוד, כי הן משתנות מעט מדגימה אחת לאחרת. בהתבסס על הדיוק שבו ניתנות המסות האטומיות, אפשר לדעת מיד אם "הפרדת איזוטופ" של יסוד נתון מתרחשת בטבע וכמה חזקה. אבל, למשל, עבור פלואור המסה האטומית ניתנת בדיוק גבוה מאוד; המשמעות היא שהמסה האטומית של הפלואור בכל מקור יבשתי היא קבועה. וזה לא מפתיע: הפלואור שייך למה שנקרא אלמנטים בודדים, אשר בטבע מיוצגים על ידי נוקליד בודד.

בטבלה המחזורית, המסות של חלק מהיסודות מופיעות בסוגריים. זה חל בעיקר על האקטינידים שלאחר האורניום (מה שנקרא יסודות טרנסאורניום), על היסודות הכבדים עוד יותר של התקופה השביעית, וכן על כמה קלים יותר; ביניהם טכניום, פרומתיום, פולוניום, אסטטין, ראדון ופרנציום. אם תשוו טבלאות של אלמנטים שהודפסו בשנים שונות, תגלו שמספרים אלו משתנים מעת לעת, לפעמים תוך שנים ספורות. כמה דוגמאות מובאות בטבלה.

הסיבה לשינויים בטבלאות היא שהיסודות המצוינים הם רדיואקטיביים ואין להם איזוטופ אחד יציב. במקרים כאלה, נהוג לתת או את המסה האטומית היחסית של הגרעין הארוך ביותר (לדוגמה, עבור רדיום) או מספרי מסה; האחרונים ניתנים בסוגריים. מתי הם פותחים חדש? יסוד רדיואקטיבי, ואז קודם הם משיגים רק אחד מהאיזוטופים הרבים שלו - גרעין ספציפי עם מספר מסויםנויטרונים. בהתבסס על מושגים תיאורטיים, כמו גם אפשרויות ניסוי, הם מנסים להשיג נוקליד של יסוד חדש עם אורך חיים מספיק (נוקליד כזה קל יותר לעבוד איתו), אבל זה לא תמיד היה אפשרי "בניסיון הראשון". ככלל, עם מחקר נוסף התברר שקיימים נוקלידים חדשים עם אורך חיים ארוך יותר וניתן לסנתז אותם, ואז היה צורך להחליף את המספר שהוזן בטבלה המחזורית של היסודות של D.I. מנדלייב. הבה נשווה את מספרי המסה של כמה טרנסאורניום, כמו גם פרומתיום, שנלקחו מספרים שפורסמו בשנים שונות. בסוגריים בטבלה מוצגים נתונים עדכניים עבור מחצית חיים. בפרסומים ישנים, במקום הסמלים המקובלים כיום של יסודות 104 ו-105 (Rf - rutherfordium ו-Db - dubnium), הופיע Ku - curchatium ו-Ns - nielsborium.

כפי שניתן לראות מהטבלה, כל היסודות הרשומים בה הינם רדיואקטיביים, זמן מחצית החיים שלהם נמוך בהרבה מגיל כדור הארץ (כמה מיליארדי שנים), לכן יסודות אלו אינם קיימים בטבע ומתקבלים באופן מלאכותי. ככל שהטכניקות הניסיוניות השתפרו (סינתזה של איזוטופים חדשים ומדידה של חייהם), לפעמים ניתן היה למצוא נוקלידים שחיו אלפי ואף מיליוני פעמים יותר ממה שהיה ידוע קודם לכן. לדוגמה, כאשר בשנת 1944 בוצעו הניסויים הראשונים בסינתזה של יסוד מס' 96 (שנקרא מאוחר יותר קוריום) בציקלוטרון בברקלי, האפשרות היחידה להשיג את היסוד הזה אז הייתה להקרין גרעיני פלוטוניום-239 בחלקיקי a: 239 Pu + 4 He ® 242 ס"מ + 1 נ. לנוקליד שנוצר של היסוד החדש היה זמן מחצית חיים של כשישה חודשים; זה התברר כמקור אנרגיה קומפקטי מאוד נוח, ומאוחר יותר שימש למטרה זו, למשל, בתחנות החלל האמריקאיות סקר. נכון להיום, הושג קוריום-247, בעל זמן מחצית חיים של 16 מיליון שנה, שהוא פי 36 מיליון יותר מאורך החיים של הגרעין הראשון הידוע של יסוד זה. אז שינויים שנעשו מעת לעת בטבלת היסודות עשויים לא להיות קשורים רק לגילוי של יסודות כימיים חדשים!

לסיכום, איך גילית באיזה יחס קיימים איזוטופים שונים באלמנט? למשל, על העובדה ש-35 Cl מהווה 75.77% מהכלור הטבעי (השאר הוא איזוטופ 37 Cl)? במקרה זה, כאשר יש רק שני איזוטופים ביסוד טבעי, אנלוגיה כזו תעזור לפתור את הבעיה.

בשנת 1982, כתוצאה מהאינפלציה, עלות הנחושת, ממנה הוטבעו מטבעות של סנט אמריקאי, עלתה על ערך הנקוב של המטבע. לכן החל מהשנה מטבעות מיוצרים מאבץ זול יותר ומכוסים רק בשכבת נחושת דקה מלמעלה. במקביל, תכולת הנחושת היקרה במטבע ירדה מ-95 ל-2.5%, והמשקל - מ-3.1 ל-2.5 גרם. כמה שנים לאחר מכן, כשהייתה במחזור תערובת של שני סוגי מטבעות, הבינו המורים לכימיה שהמטבעות הללו (כמעט שלא ניתן להבחין בהם בעין) - כלי מצוין ל"ניתוח האיזוטופי" שלהם, לפי מסה או לפי מספר המטבעות מכל סוג (בדומה למסה או לשבר של איזוטופים בתערובת). הבה נסמק כך: הבה יהיו לנו 210 מטבעות, ביניהם יש גם קלים וגם כבדים (יחס זה אינו תלוי במספר המטבעות, אם יש די הרבה מהם). תנו גם המסה הכוללת של כל המטבעות להיות שווה ל-540 גרם. אם כל המטבעות הללו היו מ"הזן הקל", אז המסה הכוללת שלהם הייתה שווה ל-525 גרם, שהם 15 גרם פחות מהממשי. למה? כי לא כל המטבעות קלות: חלקן כבדות. החלפת מטבע קל אחד בכבד מביאה לעלייה של המסה הכוללת ב-0.6 גרם. אנחנו צריכים להגדיל את המסה ב-40 גרם. לכן, יש 15/0.6 = 25 מטבעות קלים. כך, בתערובת 25/210 = 0.119 או 11.9% מטבעות קלים. (כמובן, לאורך זמן ה"יחס איזוטופי" של מטבעות סוגים שוניםישתנה: יהיו יותר ויותר קלים, ופחות ופחות כבדים. עבור יסודות, היחס בין איזוטופים בטבע הוא קבוע.)

הדבר נכון גם במקרה של איזוטופים של כלור או נחושת: המסה האטומית הממוצעת של נחושת ידועה - 63.546 (היא נקבעה על ידי כימאים על ידי ניתוח תרכובות נחושת שונות), וכן המסות של 64 Cu קל ו-65 Cu כבד איזוטופים של נחושת (מסות אלו נקבעו על ידי פיזיקאים תוך שימוש בשיטות שלהם, הפיזיקליות). אם יסוד מכיל יותר משני איזוטופים יציבים, היחס ביניהם נקבע בשיטות אחרות.

המנטות שלנו, מוסקבה וסנט פטרסבורג, גם, מסתבר, טבעו "זנים איזוטופים" שונים של מטבעות. הסיבה זהה - עליית מחיר המתכת. כך, מטבעות של 10 ו-20 רובל בשנת 1992 נטבעו מסגסוגת נחושת-ניקל לא מגנטית, ובשנת 1993 - מפלדה זולה יותר, ומטבעות אלה נמשכים על ידי מגנט; על ידי מראה חיצוניהם כמעט זהים (אגב, חלק מהמטבעות של שנים אלו הוטבעו בסגסוגת "שגויה"; מטבעות כאלה נדירים מאוד, וחלקם יקרים יותר מזהב!). בשנת 1993 נטבעו גם מטבעות של 50 רובל מסגסוגת נחושת, ובאותה שנה (היפר-אינפלציה!) - מפלדה מצופה פליז. נכון, המוני המטבעות "הזנים האיזוטופיים" שלנו אינם שונים כמו אלה של האמריקאים. עם זאת, שקילה מדויקת של ערימת מטבעות מאפשרת לחשב כמה מטבעות מכל סוג יש בהם - לפי משקל, או לפי מספר המטבעות, אם המספר הכולל מחושב.

איליה לינסון

תוכן המאמר

מסה אטומית.הרעיון של כמות זו עבר שינויים ארוכי טווח בהתאם לשינויים במושג האטומים. לפי התיאוריה של דלטון (1803), כל האטומים של אותו דבר יסוד כימיזהים והמסה האטומית שלו היא מספר השווה ליחס בין המסה שלהם למסה של אטום של יסוד סטנדרטי מסוים. עם זאת, בערך בשנת 1920 התברר כי יסודות שנמצאו בטבע היו משני סוגים: חלקם מיוצגים למעשה על ידי אטומים זהים, ואחרים שלאטומים שלהם היה אותו מטען גרעיני, אך מסה שונה; סוגים אלה של אטומים נקראו איזוטופים. ההגדרה של דלטון תקפה אפוא רק לאלמנטים מהסוג הראשון. המסה האטומית של יסוד המיוצג על ידי כמה איזוטופים היא ערך ממוצעממספרי המסה של כל האיזוטופים שלו, נלקחים כאחוז התואם לשפע שלהם בטבע.

במאה ה 19 כימאים השתמשו במימן או בחמצן כסטנדרט בקביעת מסות אטומיות. בשנת 1904, 1/16 מהמסה הממוצעת של אטום חמצן טבעי (יחידת חמצן) אומצה כתקן, והקנה מידה המקביל נקרא כימי. קביעת מסה ספקטרוגרפית של מסות אטומיות בוצעה על בסיס 1/16 מהמסה של איזוטופ 16 O, והסקאלה המקבילה נקראה פיזיקלית. בשנות ה-20 של המאה ה-20 התגלה שחמצן טבעי מורכב מתערובת של שלושה איזוטופים: 16 O, 17 O ו-18 O. זה עורר שתי בעיות. ראשית, מסתבר שהשפע היחסי של איזוטופי חמצן טבעיים משתנה מעט, מה שאומר שהסקאלה הכימית מבוססת על ערך שאינו קבוע מוחלט. שנית, פיזיקאים וכימאים הצליחו משמעויות שונותקבועים נגזרים כגון נפחים טוחניים, מספרו של אבוגדרו וכו'. הפתרון לבעיה נמצא בשנת 1961, כאשר 1/12 מהמסה של איזוטופ הפחמן 12 C (יחידת פחמן) נלקחה כיחידת המסה האטומית (אמו). (1 אמו, או 1D (דלטון), ביחידות מסה SI הוא 1.66057Х10 –27 ק"ג.) פחמן טבעי מורכב גם משני איזוטופים: 12 C - 99% ו- 13 C - 1%, אך ערכים חדשים של מסות אטומיות של אלמנטים משויכים רק לראשון שבהם. כתוצאה מכך התקבלה טבלה אוניברסלית של מסות אטומיות יחסיות. האיזוטופ 12 C התברר גם כנוח למדידות פיזיקליות.

שיטות קביעה

המסה האטומית יכולה להיקבע או פיזית או שיטות כימיות. שיטות כימיות שונות בכך שבשלב אחד הן מערבות לא את האטומים עצמם, אלא את השילובים שלהם.

שיטות כימיות.

על פי תורת האטום, מספרי האטומים של יסודות בתרכובות קשורים זה לזה כמספרים שלמים קטנים (חוק היחסים המרובים, שהתגלה על ידי דלתון). לכן, עבור תרכובת של הרכב ידוע, ניתן לקבוע את המסה של אחד היסודות, לדעת את המסות של כל האחרים. במקרים מסוימים ניתן למדוד ישירות את המסה של תרכובת, אך בדרך כלל מוצאים אותה בשיטות עקיפות. בואו נסתכל על שתי הגישות הללו.

המסה האטומית של אל נקבעה לאחרונה באופן הבא. כמויות ידועות של אל הומרו לחנקה, סולפט או הידרוקסיד ולאחר מכן סולחו לתחמוצת אלומיניום (Al 2 O 3), שכמותה נקבעה במדויק. מהקשר בין שתי מסות ידועות לבין המסות האטומיות של אלומיניום וחמצן (15.9)

מצא את המסה האטומית של אל. עם זאת, בהשוואה ישירה למסה האטומית של חמצן, ניתן לקבוע את המסות האטומיות של יסודות מעטים בלבד. עבור רוב היסודות, הם נקבעו בעקיפין על ידי ניתוח כלורידים וברומידים. ראשית, ניתן להשיג חיבורים אלה עבור אלמנטים רבים צורה טהורהשנית, על קביעותיהם הכמותיות המדויקות, לרשות הכימאים עומד חומר רגיש שיטה אנליטית, בהתבסס על השוואה של המסות שלהם עם מסת הכסף. לשם כך, קבע במדויק את המסה של התרכובות המנותחות ואת מסת הכסף הדרושה לאינטראקציה איתן. המסה האטומית של היסוד הרצוי מחושבת על סמך המסה האטומית של כסף - ערך הייחוס בקביעות כאלה. המסה האטומית של כסף (107.870) ביחידות פחמן נקבעה בשיטה כימית עקיפה.

שיטות פיזיות.

באמצע המאה ה-20. הייתה רק שיטה פיזיקלית אחת לקביעת המסות האטומיות; כיום ארבע הן הנפוצות ביותר.

צפיפות גז.

השיטה הפיזיקלית הראשונה התבססה על קביעת הצפיפות של גז ועל כך שבהתאם לחוק אבוגדרו, נפחים שווים של גזים באותה טמפרטורה ולחץ מכילים את אותו מספר של מולקולות. לכן, אם לנפח מסוים של CO 2 טהור יש מסה של 1.3753 גדולה מאותו נפח חמצן באותם תנאים, אז מולקולת CO 2 צריכה להיות כבדה פי 1.3753 ממולקולת החמצן (מסה מולקולרית של O 2 = 31.998), כְּלוֹמַר המסה של מולקולת CO 2 בסולם הכימי היא 44.008. אם נחסר את המסה של שני אטומי חמצן, השווים ל-31.998, מערך זה, נקבל את המסה האטומית של פחמן - 12.01. כדי לקבל ערך מדויק יותר, יש צורך להציג מספר תיקונים, אשר מסבך שיטה זו. אף על פי כן, בעזרתו הושגו כמה נתונים בעלי ערך רב. כך, לאחר גילוי גזים אצילים (He, Ne, Ar, Kr, Xe), השיטה המבוססת על מדידות צפיפות התבררה כמתאימה היחידה לקביעת המסה האטומית שלהם.

ספקטרוסקופיה מסה.

זמן קצר לאחר מלחמת העולם הראשונה, פ. אסטון יצר את הספקטרוסקופ ההמוני הראשון עבור הגדרה מדויקתמספרי מסות של איזוטופים שונים ובכך פתח עידן חדש בהיסטוריה של קביעת המסות האטומיות. כיום ישנם שני סוגים עיקריים של ספקטרוסקופי מסה: ספקטרומטרי מסה וספקטרוגרפים מסה (האחרון הוא, למשל, מכשיר אסטון). ספקטרוגרף מסה נועד לחקור את ההתנהגות של זרימה של אטומים או מולקולות טעונים חשמלית בשדה מגנטי חזק. הסטייה של חלקיקים טעונים בשדה זה פרופורציונלית ליחס בין המסות שלהם למטען, והם מתועדים בצורה של קווים על לוח צילום. על ידי השוואת מיקומי הקווים המתאימים לחלקיקים מסוימים עם מיקום הקו עבור יסוד בעל מסה אטומית ידועה, ניתן לקבוע את המסה האטומית של היסוד הרצוי בדיוק מספיק. המחשה טובה של השיטה היא להשוות בין המסה של מולקולת CH 4 (מתאן) למספר המסה של האיזוטופ הקל ביותר של חמצן, 16 O. יוני מתאן טעונים באותה מידה ו-16 O נכנסים בו זמנית לתא הספקטרוגרף המסה שלהם. המיקום מתועד על לוח צילום. ההבדל במיקום הקווים שלהם מתאים להפרש מסה של 0.036406 (בסולם הפיזי). זהו דיוק גבוה משמעותית מכל שיטה כימית יכולה לספק.

אם ליסוד הנחקר אין איזוטופים, קביעת המסה האטומית שלו אינה קשה. אחרת, יש צורך לקבוע לא רק את המסה של כל איזוטופ, אלא גם את השפע היחסי שלהם בתערובת. לא ניתן לקבוע ערך זה בדיוק מספיק, מה שמגביל את השימוש בשיטה הספקטרוגרפית המסה למציאת המסות האטומיות של יסודות איזוטופים, במיוחד כבדים. לאחרונה, באמצעות ספקטרומטריית מסה, ניתן היה לקבוע בדיוק רב את השפע היחסי של שני איזוטופים של כסף, 107 Ag ו-109 Ag. המדידות בוצעו בלשכת התקנים הלאומית של ארה"ב. באמצעות נתונים חדשים אלה ומדידות קודמות של מסות איזוטופי כסף, הובהרה המסה האטומית של כסף טבעי. ערך זה נחשב כעת ל-107.8731 (קנה מידה כימי).

תגובות גרעיניות.

כדי לקבוע את המסה האטומית של אלמנטים מסוימים, נוכל להשתמש בקשר בין מסה לאנרגיה שהושג על ידי איינשטיין. הבה נבחן את התגובה של הפצצה של גרעיני 14 N על ידי גרעיני דאוטריום מהירים עם היווצרות האיזוטופ 15 N ומימן רגיל 1 H:

14 N + 2 H = 15 N + 1 H + ש

התגובה משחררת אנרגיה ש= 8,615,000 eV, שלפי המשוואה של איינשטיין, שווה ערך ל-0.00948 אמו. המשמעות היא שהמסה של 14 N + 2 H עולה על המסה של 15 N + 1 H ב-0.00948 אמו, ואם נדע את מספרי המסה של כל שלושה איזוטופים המשתתפים בתגובה, נוכל למצוא את המסה של הרביעי. השיטה מאפשרת לקבוע את ההבדל במספרי המסה של שני איזוטופים בדיוק רב יותר מאשר ספקטרוגרפיה מסה.

רדיוגרפיה.

זֶה שיטה פיזיתניתן לקבוע את המסות האטומיות של חומרים היוצרים סריג גבישי רגיל בטמפרטורות רגילות. השיטה מבוססת על הקשר בין המסה האטומית (או המולקולרית) של חומר גבישי, צפיפותו, מספרו של אבוגדרו ומקדם מסוים, הנקבע מהמרחקים בין האטומים בסריג הגביש. יש צורך לבצע מדידות דיוק של שתי כמויות: קבוע סריג בשיטות רדיוגרפיות וצפיפות באמצעות פיקנומטריה. יישום השיטה מוגבל על ידי קשיי השגת גבישים מושלמים טהורים (ללא משרות פנויות וללא פגמים מכל סוג שהוא).

בירור מסות אטומיות.

כל המדידות של המסות האטומיות שבוצעו לפני יותר מ-20 שנה בוצעו בשיטות כימיות או בשיטה המבוססת על קביעת צפיפות הגזים. לאחרונה, נתונים המתקבלים בשיטות ספקטרומטריות ואיזוטופיות חופפים לרמת דיוק כה גבוהה עד שהוועדה הבינלאומית למסת אטומית החליטה לתקן את המסה האטומית של 36 יסודות, של-18 מהם אין איזוטופים.
ראה גם

מסות האטומים והמולקולות קטנות מאוד ולכן נוח לבחור את המסה של אחד האטומים כיחידת מדידה ולבטא את מסות האטומים הנותרים ביחס אליו. זה בדיוק מה שעשה מייסד תורת האטום, דלטון, שערך טבלה של מסות אטומיות, תוך שהוא לוקח את המסה של אטום המימן כאחד.

עד 1961, בפיזיקה, 1/16 מהמסה של אטום החמצן 16O נלקחה כיחידת מסה אטומית (אמו), ובכימיה – 1/16 מהמסה האטומית הממוצעת של חמצן טבעי, שהיא תערובת של שלושה. איזוטופים. היחידה הכימית של המסה הייתה גדולה ב-0.03% מזו הפיזיקלית.

כיום מקובל לפיזיקה וכימיה מערכת אחתמידות. 1/12 מהמסה של אטום פחמן 12C נבחרה כיחידה הסטנדרטית של המסה האטומית.

1 אמו = 1/12 מ'(12С) = 1.66057×10-27 ק"ג = 1.66057×10-24 גרם.

בעת חישוב המסה האטומית היחסית, נלקח בחשבון שפע האיזוטופים של יסודות בקרום כדור הארץ. לדוגמה, לכלור יש שני איזוטופים 35Сl (75.5%) ו-37Сl (24.5%). המסה האטומית היחסית של כלור היא:

Ar(Cl) = (0.755×m(35Сl) + 0.245×m(37Сl)) / (1/12×m(12С) = 35.5.

מהגדרת המסה האטומית היחסית עולה כי המסה המוחלטת הממוצעת של אטום שווה למסה האטומית היחסית כפול אמו:

m(Cl) = 35.5 × 1.66057 × 10-24 = 5.89 × 10-23 גרם.

דוגמאות לפתרון בעיות

מסות אטומיות ומולקולריות יחסיות

מחשבון זה נועד לחשב את המסה האטומית של יסודות.

מסה אטומית(המכונה גם מסה אטומית יחסית) האם ערך המסה של אטום אחד של חומר. מסה אטומית יחסית מתבטאת ביחידות מסה אטומית. מסה אטומית יחסית מְיוּחָד(נָכוֹן) מִשׁקָלאָטוֹם. יחד עם זאת, המסה האמיתית של אטום קטנה מדי ולכן אינה מתאימה לשימוש מעשי.

המסה האטומית של חומר משפיעה על הכמות פרוטוניםו נויטרוניםבגרעין של אטום.

מתעלמים ממסת האלקטרונים מכיוון שהיא קטנה מאוד.

כדי לקבוע את המסה האטומית של חומר, עליך להזין את המידע הבא:

• מספר פרוטונים- כמה פרוטונים יש בגרעין החומר;
• מספר נויטרונים- כמה נויטרונים יש בגרעין של חומר.

על סמך נתונים אלו, המחשבון יחשב את המסה האטומית של החומר, מבוטאת ביחידות מסה אטומית.

טבלת יסודות כימיים והמסה האטומית שלהם מֵימָן ח 1,0079 ניקל אין 58,70 הֶלִיוּם הוא 4,0026 אוֹפֶה Cu 63,546 לִיתִיוּם לי 6941 אָבָץ Zn 65,38 בריליום לִהיוֹת 9,01218 גאליה גאורגיה 69,72 בור IN 10,81 גֶרמָנִיָה G.E. 72,59 פַּחמָן עם 12,011 אַרסָן אֵיך 74,9216 חַנקָן נ 14,0067 סֵלֶנִיוּם הם 78,96 חַמצָן O 15,9994 בְּרוֹם בְּרוֹם 79904 פלוּאוֹרִיד ו 18,99840 קריפטון Cr 83,80 נֵאוֹן לֹא 20,179 רובידיום Rb 85,4678 נתרן עַל 22,98977 סטרונציום מָחוּק 87,62 מגנזיום מ"ג 24,305 איטריום י 88,9059 אֲלוּמִינְיוּם אל 26,98154 זירקוניום Zr 91,22 ניוביום נ.ב 92,9064 נובל לֹא 255 מוליבדן מו 95,94 לורנס Lr 256 טכניום טס 98,9062 קורצ'אטובי ka 261 רותניום Ru 101,07 * * * רודיום רזוס 102.9055 * * * פלדיום Pd 106,4 * * * כסף א.ג 107 868 * * * סיליקון אתה 28,086 קדמיום CD 112,40 זַרחָן פ 30,97376 הוֹדוּ 114,82 גוֹפרִית 32,06 פַּח Sn 118,69 כְּלוֹר Cl 35,453 אַנטִימוֹן סב 121,75 אַרגוֹן ארקנסו 39,948 טלוריום אלה 127,60 אֶשׁלָגָן ל 39,098 יוֹד אני 126,904 סִידָן קליפורניה 40,08 קסנון Xe 131,30 סקנדיום דרום קרוליינה 44,9559 צסיום Cs 132.9054 טִיטָן אלה 47,90 בריום תוֹאַר רִאשׁוֹן 137,34 ונדיום 50,9414 לנתנום לָה 138.9055 כְּרוֹם Cr 51,996 צריום לִספִירַת הַנוֹצרִים 140,12 מַנגָן מינסוטה 54,9380 פרסאודים יחסי ציבור 140.9077 בַּרזֶל Fe 55,847 אני לא Nd 144,24 קובלט שיתוף. 58,9332 פרומתיום ערבים שומרון Sm 150,4 בִּיסמוּט היה 208.9804 אירופיום האיחוד האירופאי 151,96 פולוניום לאחר 209 גדוליניום אלוקים 157,25 ASTAT V 210 טרביום שַׁחֶפֶת 158.9254 ראדון Rn 222 דיספרוזיום דו $ 16,50 צָרְפַת fr 223 הולמיום היי 164.9304 רַדִיוּס ר 226.0254 ארביום אה 167,26 אקטניום זרם חליפין 227 טוליום טמ 168.9342 תוריום ה' 232.0381 איטרביום י.ב 173,04 פרוטקטיניום פנסילבניה 231.0359 לוטטיה לו 174,97 אוּרָנוּס U 238,029 חפניום תדר גבוה 178,49 נפטון Np 237.0482 טנטלום זֶה 180.9479 פּלוּטוֹנִיוּם פו 244 ווֹלפרָם W 183,85 אמריקה אמ 243 רניום מִחָדָשׁ 186,207 קירי ס"מ 247 אוסמיום מערכת הפעלה 190,2 ברקלי ב.ק. 247 אירידיום אינפרא אדום 192,22 קליפורניה לְהַשְׁווֹת 251 פְּלָטִינָה Pt 195,09 איינשטיין es 254 זהב Au 196.9665 פרמי Fm 257 כַּספִּית כַּספִּית 200,59 מנדלבי מרילנד 258 תליום Tl 204,37 * * * עוֹפֶרֶת Pb 207,2 * * *

מסה אטומית יחסית של יסוד סטטוס משימה: קבע את המסה של מולקולת חמצן. משימה מס. 4.1.2 מתוך "אוסף בעיות בהכנת מבחנים קרובים בפיזיקה ב-USPTU" מֵידָע: פִּתָרוֹן: קחו בחשבון מולקולת חמצן מולקולרית \(\nu\) (מספר שרירותי). הבה נזכור שנוסחת החמצן היא O2. כדי למצוא את המסה (\m) של כמות נתונה של חמצן, מסה מולקולריתחמצן \(M\) מוכפל במספר השומות\(\nu\). באמצעות הטבלה המחזורית, קל לקבוע שהמסה המולרית של חמצן היא \(M\) 32 גרם/מול או 0.032 ק"ג/מול. במול אחד, מספר מולקולות האבוגדרו \(N_A\) ו-v\(\nu\) מול - v\(\nu\) לפעמים גדול יותר, כלומר. כדי למצוא את המסה של מולקולה אחת \(m_0\), משקל כולליש לחלק את \(t\) במספר המולקולות \(N\). \ [(m_0) = \frac (m) (N)\] \ [(m_0) = \frac ((\nu \cdot M)) ((\nu \cdot (N_A)))\] \ ((M_0) = \frac (M) (((N_A))) \] המספר של אבוגדרו (N_A1) הוא ערך טבלאי השווה ל-6.022 1023 מול-1. אנו מבצעים חישובים: \[(M_0) = \frac ((0.032)) ((6.022\cdot ((10) * (23)))) = 5.3\cdot (10^(-26))\; = 5.3 ק"ג\cdot(10^(-23))\; r\] תשובה: 5.3 · 10-23 גרם. אם אינך מבין את הפתרון ואם יש לך שאלות או מצאת באג, אתה יכול להשאיר תגובה למטה. אטומים קטנים מאוד וקטנים מאוד. אם נבטא את המסה של אטום של יסוד כימי בגרמים, אז זה יהיה מספר שהנקודה העשרונית עבורו היא יותר מעשרים אפסים. לכן, מדידת מסת האטומים בגרמים אינה מתאימה. עם זאת, אם ניקח מסה קטנה מאוד ליחידה, ניתן לבטא את כל שאר המסות הקטנות כיחס בין אותה יחידה. יחידת המידה למסה האטומית היא 1/12 מהמסה של אטום פחמן. זה נקרא 1/12 מהמסה של אטום פחמן מסה אטומית(אה. נוסחת מסה אטומית מסה אטומית יחסיתהערך שווה ליחס בין המסה האמיתית של אטום של יסוד כימי מסוים ל-1/12 מהמסה בפועל של אטום פחמן. זהו ערך אינסופי, מכיוון ששתי המסות מופרדות. Ar = מתמטיקה. / (1/12) ספל. על כל פנים, מסה אטומית מוחלטתשווה לערך יחסי ויש לו יחידת מדידה amu. המשמעות היא שמסה אטומית יחסית מראה כמה פעמים המסה של אטום נתון גדולה מ-1/12 מאטום פחמן. אם אטום Ar = 12, אז המסה שלו גדולה פי 12 מ-1/12 מהמסה של אטום פחמן או, במילים אחרות, 12 יחידות מסה אטומית. זה יכול להיות רק עבור פחמן (C). על אטום המימן (H) Ar = 1. זה אומר שהמסה שלו שווה למסה של 1/12 חלקים מהמסה של אטום הפחמן. עבור חמצן (O), המסה האטומית היחסית היא 16 אמו. זה אומר שאטום חמצן גדול פי 16 מאטום פחמן, יש לו 16 יחידות מסה אטומית. היסוד הקל ביותר הוא מימן. המסה שלו היא בערך 1 אמו. באטומים הכבדים ביותר המסה מתקרבת ל-300 אמו. בדרך כלל, עבור כל יסוד כימי, ערכו הוא המסה המוחלטת של האטומים, המתבטאת כ-a. לדוגמה. המשמעות של יחידות המסה האטומית כתובה בטבלה המחזורית. מושג המשמש למולקולות משקל מולקולרי יחסי (g). משקל מולקולרי יחסי מציין כמה פעמים המסה של מולקולה גדולה מ-1/12 מהמסה של אטום פחמן. עם זאת, מכיוון שמסה של מולקולה שווה לסכום המסות של האטומים האטומיים שלה, ניתן למצוא את המסה המולקולרית היחסית פשוט על ידי הוספת מסות יחסיותהאטומים האלה. לדוגמה, מולקולת מים (H2O) מכילה שני אטומי מימן עם Ar = 1 ואטום חמצן אחד עם Ar = 16. לכן, ג'נטלמן (H2O) = 18. לחומרים רבים יש מבנה לא מולקולרי, כמו מתכות. במקרה זה, המסה המולקולרית היחסית שלהם שווה למסה האטומית היחסית שלהם. כימיה נקראת כמות משמעותית חלק מסה של יסוד כימיבמולקולה או בחומר. זה מראה את המשקל המולקולרי היחסי של אותו יסוד. לדוגמה, במים, למימן יש 2 חלקים (כשני אטומים) וחמצן 16. זה אומר שכאשר מימן מעורבב עם 1 ק"ג ו-8 ק"ג חמצן, הם מגיבים ללא שאריות. חלק המסה של מימן הוא 2/18 = 1/9, ותכולת החמצן היא 16/18 = 8/9. מיקרואיזוןאחרת תמיכה, שיווי משקל אטומי(ננו-צינורות אנגליים או מיקרוביאליים באנגלית) הוא מונח המתייחס ל: קבוצה גדולה של מכשירים אנליטיים שהדיוק שלהם מודד מסה בין אחת לכמה מאות מיקרוגרם; מכשיר מיוחד בעל דיוק גבוה המאפשר למדוד את המסה של עצמים עד ל-0.1 ננו-גרם (ננובי). תיאור אחת ההתייחסויות הראשונות למיקרוגלוב היא ב-1910, כאשר הודיעו לוויליאם רמזי על המידה שבה הוא התפתח, מה שאפשר לקבוע שטווח המשקל של 0.1 מ"מ של הגוף הוא 10-9 גרם (1 נ"ג). המונח מיקרוביאלי משמש כיום יותר להתייחס למכשירים שיכולים למדוד ולזהות שינויים במסה בטווח המיקרוגרם (10-6 גרם). מיקרוביולוגים הפכו לפרקטיקה נפוצה במעבדות מחקר ותעשייה מודרניות וזמינים בגרסאות שונות עם רגישויות שונות ועלויות נלוות. במקביל, מפותחות טכניקות מדידה בתחום הננוגרם. כִּימִיָה. איך למצוא מסה אטומית יחסית? כאשר אנו מדברים על מדידת מסה ברמת הננוגרם, שחשובה למדידת המסה של אטומים, מולקולות או אשכולות, אנו רואים תחילה ספקטרומטריית מסה. במקרה זה, יש לזכור כי מדידת מסה בשיטה זו מרמזת על הצורך להמיר את החפצים הנשקלים ליונים, דבר שלעיתים מאוד לא רצוי. זה לא הכרחי כאשר משתמשים במכשיר אחר חשוב ונפוץ למדי למדידה מדויקת של חיידקי קוורץ מסה, שמנגנון הפעולה של אשר מתואר במאמר המקביל. קישורים Jensen K., Kwanpyo Kim, Zettl A.גלאי אטומי ברזולוציה אטומית ננומכנית // arXiv: 0809.2126 (12 בספטמבר 2008).

אחד המאפיינים העיקריים של כל יסוד כימי הוא המסה האטומית היחסית שלו.

(יחידת מסה אטומית היא 1/12 מהמסה של אטום פחמן, שהמסה שלו נחשבת ל-12 אמו והיא1,66 10 24 G.

על ידי השוואת מסות האטומים של יסודות לכל אמו, מוצאים את הערכים המספריים של המסה האטומית היחסית (Ar).

המסה האטומית היחסית של יסוד מראה כמה פעמים מסת האטום שלו גדולה מ-1/12 מהמסה של אטום פחמן.

לדוגמה, עבור חמצן Ar (O) = 15.9994, ועבור מימן Ar (H) = 1.0079.

עבור מולקולות של חומרים פשוטים ומורכבים, לקבוע משקל מולקולרי יחסי,ששווה מספרית לסכום המסות האטומיות של כל האטומים המרכיבים את המולקולה. לדוגמה, המשקל המולקולרי של מים הוא H2O

Mg (H2O) = 2 1.0079 + 1 15.9994 = 18.0153.

חוק אבוגדרו

בכימיה, יחד עם יחידות מסה ונפח, משתמשים ביחידת כמות של חומר, הנקראת שומה.

!MOL (v) - יחידת מדידה של כמות החומר המכילה כמה יחידות מבניות (מולקולות, אטומים, יונים) כמו שיש אטומים הכלולים ב-0.012 ק"ג (12 גרם) של איזוטופ הפחמן "C''.

המשמעות היא שמול 1 מכל חומר מכיל את אותו מספר של יחידות מבניות, השווה ל 6,02 10 23 . כמות זו נקראת קבוע של אבוגדרו(יִעוּד נא, ממד 1/מול).

המדען האיטלקי אמדאו אבוגדרו העלה השערה ב-1811, אשר אושרה מאוחר יותר על ידי נתונים ניסיוניים ונקראה לאחר מכן. חוק אבוגדרו.הוא הפנה את תשומת הלב לעובדה שכל הגזים דחוסים באותה מידה (חוק בויל-מריוט) ובעלי אותם מקדמי התפשטות תרמית (חוק גיי-לוסאק). בהקשר זה הציע כי:

נפחים שווים של גזים שונים באותם תנאים מכילים את אותו מספר של מולקולות.

באותם תנאים (בדרך כלל מדברים על תנאים רגילים: הלחץ המוחלט הוא 1013 מיליבר והטמפרטורה היא 0 מעלות צלזיוס), המרחק בין המולקולות של כל הגזים זהה, ונפח המולקולות זניח. בהתחשב בכל האמור לעיל, אנו יכולים להניח את ההנחה הבאה:

!אם נפחים שווים של גזים באותם תנאים מכיליםאותו מספר של מולקולות, אז המסות המכילות את אותו מספר של מולקולות חייבות להיות בעלות אותם נפחים.

במילים אחרות,

באותם תנאים, שומה אחת מכל גז תופסת את אותו נפח. בתנאים רגילים, שומה אחת מכל גז תופסת נפח v, שווה ל-22.4 ליטר. כרך זה נקראנפח מולארי של גז (ממד l/mol או m³ /מול).

הערך המדויק של הנפח המולרי של הגז בתנאים רגילים (לחץ 1013 מיליבר וטמפרטורה 0 מעלות צלזיוס) הוא 22.4135 ± 0.0006 ליטר/מול. בתנאים סטנדרטיים (ט=+15° C, לחץ = 1013 mbar) 1 מול גז תופסת נפח של 23.6451 ליטר, ובשעהט=+20°C ולחץ של 1013 mbar, שומה אחת תופסת נפח של כ-24.2 ליטר.

במונחים מספריים, המסה המולרית עולה בקנה אחד עם מסות האטומים והמולקולות (באמו) ועם מסות אטומיות ומולקולריות יחסיות.

כתוצאה מכך, למול 1 מכל חומר יש מסה בגרמים ששווה מספרית למסה המולקולרית של חומר זה, המתבטאת ביחידות מסה אטומית.

לדוגמה, M(O2) = 16 א. e.m. 2 = 32 א. e.m., לפיכך, 1 מול חמצן מתאים ל-32 גרם. צפיפות הגזים הנמדדת באותם תנאים מכונה המסה המולרית שלהם. מכיוון שכאשר מעבירים גזים נוזליים על נושאי גז המטרה העיקרית של בעיות מעשיות הם חומרים מולקולריים (נוזלים, אדים, גזים), הכמויות העיקריות המבוקשות יהיו מסה מולרית M(g/mol), כמות החומר vבשומות ובמסה טחומרים בגרמים או קילוגרמים.

הכרת הנוסחה הכימית של גז מסוים, תוכל לפתור כמה בעיות מעשיותבעיות המתעוררות במהלך הובלת גזים נוזליים.

דוגמה 1. מיכל הסיפון מכיל 22 טון אתילן נוזלי (עם2 נ4 ). יש צורך לקבוע אם יש מספיק מטען על הסיפון כדי לנשוף דרך שלושה מכלי מטען בנפח של 5000 מ"ר כל אחד, אם לאחר הנשיפה הטמפרטורה של המיכלים היא 0 מעלות צלזיוס והלחץ הוא 1013 מיליבר.

1. קבע את המשקל המולקולרי של אתילן:

M = 2 12.011 + 4 1.0079 = 28.054 גרם/מול.

2. חשב את הצפיפות של אדי אתילן בתנאים רגילים:

ρ = M/V = 28.054: 22.4 = 1.232 גרם/ליטר.

3. מצא את נפח אדי המטען בתנאים רגילים:

22∙10 6: 1.252= 27544 מ"ק.

הנפח הכולל של מכלי המטען הוא 15,000 מ"ק. כתוצאה מכך, יש מספיק מטען על הסיפון כדי לטהר את כל מכלי המטען באדי אתילן.

דוגמה 2. יש צורך לקבוע כמה פרופאן (עם3 נ8 ) יידרש לטיהור מכלי מטען בעלי קיבולת כוללת של 8000 מ"ר, אם טמפרטורת המיכלים היא +15 מעלות צלזיוס, ולחץ אדי הפרופאן במיכל לאחר סיום הטיהור לא יעלה על 1013 מיליבר.

1. קבע את המסה המולרית של פרופאן עם3 נ8

M = 3 12,011 + 8 1,0079 = 44.1 גרם/מול.

2. בואו נקבע את צפיפות אדי הפרופאן לאחר טיהור המיכלים:

ρ = M: v = 44.1: 23.641 = 1.865 ק"ג/מ"ר 3.

3. לדעת את צפיפות האדים ונפח, אנו קובעים את הכמות הכוללת של פרופאן הנדרשת לטיהור המיכל:

m = ρ v = 1.865 8000 = 14920 ק"ג ≈ 15 ט.

מסה אטומיתהוא סכום המסות של כל הפרוטונים, הנייטרונים והאלקטרונים המרכיבים אטום או מולקולה. בהשוואה לפרוטונים ולנייטרונים, מסת האלקטרונים קטנה מאוד, ולכן היא לא נלקחת בחשבון בחישובים. למרות שזה לא נכון רשמית, המונח משמש לעתים קרובות כדי להתייחס למסה האטומית הממוצעת של כל האיזוטופים של יסוד. זוהי למעשה מסה אטומית יחסית, הנקראת גם משקל אטומיאֵלֵמֶנט. משקל אטומי הוא הממוצע של המסות האטומיות של כל האיזוטופים של יסוד המצוי בטבע. כימאים חייבים להבדיל בין שני סוגי המסה האטומית הללו בעת עבודתם - מסה אטומית שגויה עלולה, למשל, להוביל ל תוצאה שגויהלשחרור תוצר התגובה.

שלבים

מציאת המסה האטומית מהטבלה המחזורית של היסודות

למד כיצד נכתבת המסה האטומית.המסה האטומית, כלומר המסה של אטום או מולקולה נתונה, יכולה לבוא לידי ביטוי ביחידות SI סטנדרטיות - גרם, קילוגרמים וכן הלאה. עם זאת, מכיוון שהמסות האטומיות המתבטאות ביחידות אלו קטנות ביותר, הן נכתבות לרוב ביחידות מסה אטומית מאוחדת, או בקיצור amu. - יחידות מסה אטומית. יחידת מסה אטומית אחת שווה ל-1/12 מהמסה של האיזוטופ הסטנדרטי פחמן-12.

• יחידת המסה האטומית מאפיינת את המסה שומה אחת של יסוד נתון בגרמים. ערך זה שימושי מאוד בחישובים מעשיים, שכן ניתן להשתמש בו כדי להמיר בקלות את המסה של מספר נתון של אטומים או מולקולות של חומר נתון לשומות, ולהיפך.

1. מצא את המסה האטומית בטבלה המחזורית.רוב הטבלאות המחזוריות הסטנדרטיות מכילות את המסות האטומיות (משקלים אטומיים) של כל יסוד. בדרך כלל, הם רשומים כמספר בתחתית תא היסוד, מתחת לאותיות המייצגות את היסוד הכימי. בדרך כלל זה לא מספר שלם, אלא שבר עשרוני.

   זכור שהטבלה המחזורית נותנת את המסה האטומית הממוצעת של יסודות.כפי שצוין קודם לכן, המסות האטומיות היחסיות שניתנו לכל יסוד בטבלה המחזורית הן ממוצע המסות של כל האיזוטופים של האטום. ערך ממוצע זה הוא בעל ערך למטרות מעשיות רבות: למשל, הוא משמש בחישוב המסה המולרית של מולקולות המורכבות ממספר אטומים. עם זאת, כאשר אתה עוסק באטומים בודדים, ערך זה בדרך כלל אינו מספיק.

   • מכיוון שהמסה האטומית הממוצעת היא ממוצע של מספר איזוטופים, הערך המוצג בטבלה המחזורית אינו מְדוּיָקערך המסה האטומית של כל אטום בודד.
   • יש לחשב את המסות האטומיות של אטומים בודדים תוך התחשבות במספר המדויק של פרוטונים וניוטרונים באטום בודד.

חישוב המסה האטומית של אטום בודד

1. מצא את המספר האטומי של יסוד נתון או איזוטופ שלו.המספר האטומי הוא מספר הפרוטונים באטומים של יסוד ואינו משתנה לעולם. לדוגמה, כל אטומי המימן, ו רקיש להם פרוטון אחד. המספר האטומי של נתרן הוא 11 כי יש לו אחד עשר פרוטונים בגרעין שלו, בעוד המספר האטומי של חמצן הוא שמונה כי יש לו שמונה פרוטונים בגרעין שלו. אתה יכול למצוא את המספר האטומי של כל יסוד בטבלה המחזורית - כמעט בכל הגרסאות הסטנדרטיות שלה, מספר זה מצוין למעלה ייעוד אותיותיסוד כימי. המספר האטומי הוא תמיד מספר שלם חיובי.

   • נניח שאנו מתעניינים באטום הפחמן. לאטומי פחמן יש תמיד שישה פרוטונים, אז אנחנו יודעים שהמספר האטומי שלו הוא 6. בנוסף, אנחנו רואים שבטבלה המחזורית, בראש התא עם פחמן (C) נמצא המספר "6", מה שמצביע על כך שהאטומי מספר הפחמן הוא שש.
   • שימו לב שהמספר האטומי של יסוד אינו קשור באופן ייחודי למסה האטומית היחסית שלו בטבלה המחזורית. למרות שבמיוחד עבור היסודות בראש הטבלה, עשוי להיראות שהמסה האטומית של יסוד כפולה ממספרו האטומי, היא אף פעם לא מחושבת על ידי הכפלת המספר האטומי בשניים.

2. מצא את מספר הנייטרונים בגרעין.מספר הנייטרונים יכול להיות שונה עבור אטומים שונים של אותו יסוד. כאשר לשני אטומים של אותו יסוד עם אותו מספר פרוטונים יש מספר שונה של נויטרונים, הם איזוטופים שונים של אותו יסוד. בניגוד למספר הפרוטונים, שלעולם אינו משתנה, מספר הנייטרונים באטומים של יסוד נתון יכול לעתים קרובות להשתנות, ולכן המסה האטומית הממוצעת של יסוד כתובה כשבר עשרוני עם ערך שנמצא בין שני מספרים שלמים סמוכים.

   חבר את מספר הפרוטונים והנייטרונים.זו תהיה המסה האטומית של האטום הזה. התעלם ממספר האלקטרונים המקיפים את הגרעין - המסה הכוללת שלהם קטנה ביותר, כך שאין להם כמעט השפעה על החישובים שלך.

חישוב המסה האטומית היחסית (משקל אטומי) של יסוד

1. קבע אילו איזוטופים כלולים במדגם.כימאים קובעים לעתים קרובות את יחסי האיזוטופים של דגימה מסוימת באמצעות מכשיר מיוחד הנקרא ספקטרומטר מסה. עם זאת, בהכשרה, הנתונים הללו יסופקו לך במטלות, מבחנים וכדומה בצורה של ערכים הלקוחים מהספרות המדעית.

   • במקרה שלנו, נניח שיש לנו עסק בשני איזוטופים: פחמן-12 ופחמן-13.

2. קבע את השפע היחסי של כל איזוטופ במדגם.עבור כל יסוד, איזוטופים שונים מתרחשים ביחסים שונים. יחסים אלו מתבטאים כמעט תמיד באחוזים. כמה איזוטופים נפוצים מאוד, בעוד שאחרים נדירים מאוד - לפעמים נדירים כל כך עד שקשה לגלות אותם. ניתן לקבוע ערכים אלה באמצעות ספקטרומטריית מסה או למצוא בספר עיון.

   • נניח שריכוז הפחמן-12 הוא 99% ​​ופחמן-13 הוא 1%. איזוטופי פחמן אחרים בֶּאֱמֶתקיימים, אבל בכמויות כה קטנות שבמקרה זה ניתן להזניח אותן.

3. הכפל את המסה האטומית של כל איזוטופ בריכוזו בדגימה.הכפל את המסה האטומית של כל איזוטופ באחוז השפע שלו (מבוטא בעשרוני). להמיר ריבית ל נקודהפשוט חלקו אותם ב-100. הריכוזים המתקבלים צריכים תמיד להסתכם ב-1.

   • המדגם שלנו מכיל פחמן-12 ופחמן-13. אם פחמן-12 מהווה 99% מהמדגם ופחמן-13 מהווה 1%, הכפל את 12 (המסה האטומית של פחמן-12) ב-0.99 ו-13 (המסה האטומית של פחמן-13) ב-0.01.
   • ספרי העיון נותנים אחוזים על סמך הכמויות הידועות של כל האיזוטופים של יסוד מסוים. רוב ספרי הלימוד בכימיה מכילים מידע זה בטבלה בסוף הספר. עבור המדגם הנחקר, ניתן לקבוע את הריכוזים היחסיים של איזוטופים באמצעות ספקטרומטר מסה.

4. תחבר את התוצאות.סכמו את תוצאות הכפל שקיבלתם בשלב הקודם. כתוצאה מפעולה זו, תמצא את המסה האטומית היחסית של היסוד שלך - הערך הממוצע של המסות האטומיות של האיזוטופים של היסוד הנדון. כאשר מרכיב בכללותו נחשב, ולא איזוטופ ספציפי של אלמנט נתון, נעשה שימוש בערך זה.

   • בדוגמה שלנו, 12 x 0.99 = 11.88 עבור פחמן-12, ו-13 x 0.01 = 0.13 עבור פחמן-13. המסה האטומית היחסית במקרה שלנו היא 11.88 + 0.13 = 12,01 .

• כמה איזוטופים פחות יציבים מאחרים: הם מתפרקים לאטומים של יסודות עם פחות פרוטונים וניטרונים בגרעין, ומשחררים חלקיקים המרכיבים את גרעין האטום. איזוטופים כאלה נקראים רדיואקטיביים.