(1766–1844) je med svojimi predavanji študentom pokazal modele atomov, izrezljane iz lesa, in pokazal, kako se lahko združijo v različne snovi. Ko so enega od učencev vprašali, kaj so atomi, je odgovoril: »Atomi so obarvani različne barve lesene kocke, ki jih je izumil gospod Dalton.«

Dalton seveda ni postal znan zaradi svojih trebušnih mišic ali celo zaradi dejstva, da je pri dvanajstih letih postal šolski učitelj. Nastanek sodobne atomske teorije je povezan z imenom Dalton. Prvič v zgodovini znanosti je pomislil na možnost merjenja mase atomov in za to predlagal posebne metode. Jasno je, da atomov ni mogoče neposredno stehtati. Dalton je govoril le o »razmerju teže najmanjših delcev plinastih in drugih teles«, torej o njihovih relativnih masah. In do danes, čeprav je masa vsakega atoma natančno znana, ni nikoli izražena v gramih, saj je to zelo neprijetno. Na primer, masa atoma urana - najtežjega elementa, ki obstaja na Zemlji - je le 3,952·10 -22 g. Zato je masa atomov izražena v relativnih enotah, ki kažejo, kolikokrat večja od mase atomov danega element več mase atomi drugega elementa, sprejetega kot standard. Pravzaprav je to Daltonovo "razmerje teže", tj. relativno atomska masa.

Dalton je za masno enoto vzel maso vodikovega atoma in za iskanje mas drugih atomov je uporabil tiste, ki so jih našli različni raziskovalci odstotne sestave različne vodikove spojine z drugimi elementi. Tako po Lavoisierju voda vsebuje 15 % vodika in 85 % kisika. Od tu je Dalton ugotovil, da je relativna atomska masa kisika 5,67 (ob predpostavki, da je v vodi en atom kisika za vsak atom vodika). Po podatkih angleškega kemika Williama Austina (1754–1793) o sestavi amoniaka (80 % dušika in 20 % vodika) je Dalton določil relativno atomsko maso dušika enako 4 (tudi ob predpostavki enako število atomi vodika in dušika v tej spojini). In iz podatkov o analizi nekaterih ogljikovodikov je Dalton ogljiku pripisal vrednost 4,4. Leta 1803 je Dalton sestavil prvo tabelo relativnih atomskih mas nekaterih elementov na svetu. Pozneje je ta tabela doživela zelo močne spremembe; glavni so se zgodili v času Daltonovega življenja, kot je razvidno iz naslednje tabele, ki prikazuje podatke iz učbenikov, objavljenih v različna leta, kot tudi v uradni publikaciji IUPAC - Mednarodne zveze za čisto in uporabno kemijo.

Najprej pozornost pritegnejo Daltonove nenavadne atomske mase: večkrat se razlikujejo od sodobnih! To je posledica dveh razlogov. Prvi je netočnost eksperimenta ob koncu 18. – začetku 19. stoletja. Ko sta Gay-Lussac in Humboldt izboljšala sestavo vode (12,6% H in 87,4% O), je Dalton spremenil vrednost atomske mase kisika in jo vzel za 7 (po sodobnih podatkih voda vsebuje 11,1% vodika). Ko so se merilne metode izboljšale, so bile atomske mase mnogih drugih elementov izpopolnjene. Ob tem so za mersko enoto atomskih mas najprej izbrali vodik, nato kisik in zdaj ogljik.

Drugi razlog je resnejši. Dalton ni poznal razmerja atomov različnih elementov v različnih spojinah, zato je sprejel najpreprostejšo hipotezo o razmerju 1:1. To je bilo mnenje mnogih kemikov, dokler jih kemiki niso zanesljivo uveljavili in sprejeli pravilne formule za sestavo vode (H 2 O) in amoniaka (NH 3) ter mnogih drugih spojin. Za določitev formul plinastih snovi je bil uporabljen Avogadrov zakon, ki omogoča določitev relativne molekulske mase snovi. Za tekočino in trdne snovi uporabljal druge metode ( cm. OPREDELITEV MOLEKULSKE TEŽE). Še posebej enostavno je bilo določiti formule za spojine elementov spremenljive valence, na primer železovega klorida. Relativna atomska masa klora je bila znana že iz analize številnih njegovih plinastih spojin. Zdaj, če predpostavimo, da je v železovem kloridu število atomov kovine in klora enako, potem je bila za en klorid relativna atomska masa železa enaka 27,92, za drugega pa 18,62. Iz tega sledi, da sta formuli kloridov FeCl 2 in FeCl 3 ter A r(Fe) = 55,85 (povprečje dveh analiz). Druga možnost sta formuli FeCl 4 in FeCl 6 ter A r (Fe) = 111,7 – je bil izključen kot malo verjeten. Relativne atomske mase trdnih snovi so pomagale najti osnovno pravilo, ki sta ga leta 1819 oblikovala francoska znanstvenika P. I. Dulong in A. T. Petit: produkt atomske mase in toplotne kapacitete je stalna vrednost. Dulong–Petitovo pravilo je še posebej dobro delovalo pri kovinah, kar je na primer Berzeliusu omogočilo, da je razjasnil in popravil atomske mase nekaterih od njih.

Ko upoštevate relativne atomske mase kemičnih elementov, podane v periodnem sistemu, boste opazili, da so za različne elemente podane z različno natančnostjo. Na primer za litij - s 4 pomembnimi številkami, za žveplo in ogljik - s 5, za vodik - s 6, za helij in dušik - s 7, za fluor - z 8. Zakaj takšna krivica?

Izkazalo se je, da natančnost, s katero je določena relativna atomska masa določenega elementa, ni odvisna toliko od natančnosti meritev, temveč od "naravnih" dejavnikov, ki niso odvisni od ljudi. Povezani so s spremenljivostjo izotopske sestave določenega elementa: v različnih vzorcih razmerje izotopov ni povsem enako. Na primer, ko voda izhlapi, molekule z lahkimi izotopi ( cm. KEMIJSKI ELEMENTI) vodik preide v plinsko fazo nekoliko hitreje kot molekule težke vode, ki vsebujejo izotope 2 H. Posledično je v vodni pari nekoliko manj izotopa 2 H kot v tekoči vodi. Mnogi organizmi imajo tudi skupne izotope lahkih elementov (pri njih je razlika v masi pomembnejša kot pri težkih elementih). Tako rastline med fotosintezo dajejo prednost lahkemu izotopu 12 C. Zato se v živih organizmih, pa tudi v nafti in premogu, pridobljenem iz njih, zmanjša vsebnost težkega izotopa 13 C in v ogljikov dioksid in karbonati, ki nastanejo iz njega, se nasprotno povečajo. Mikroorganizmi, ki reducirajo sulfate, kopičijo tudi lahki izotop 32 S, zato ga je v sedimentnih sulfatih več. V »ostankih«, ki jih bakterije ne prebavijo, je delež težkega izotopa 34S večji. (Mimogrede, z analizo razmerja žveplovih izotopov lahko geologi ločijo sedimentni vir žvepla od magmatskega. Po razmerju med izotopoma 12 C in 13 C pa lahko ločimo celo trsni sladkor od pesnega!)

Zato za mnoge elemente preprosto ni smiselno podajati zelo natančnih atomskih mas, ker se od enega vzorca do drugega nekoliko razlikujejo. Na podlagi natančnosti, s katero so podane atomske mase, lahko takoj ugotovimo, ali v naravi pride do "ločevanja izotopov" danega elementa in kako močno. Toda na primer za fluor je atomska masa podana z zelo visoko natančnostjo; To pomeni, da je atomska masa fluora v katerem koli zemeljskem viru konstantna. In to ni presenetljivo: fluor spada med tako imenovane posamezne elemente, ki jih v naravi predstavlja en sam nuklid.

V periodnem sistemu so mase nekaterih elementov v oklepaju. To velja predvsem za aktinoide po uranu (tako imenovani transuranovi elementi), za še težje elemente 7. obdobja, pa tudi za več lažjih; med njimi so tehnecij, prometij, polonij, astat, radon in francij. Če primerjate tabele elementov, natisnjene v različnih letih, boste ugotovili, da se te številke občasno spremenijo, včasih v samo nekaj letih. Nekaj ​​primerov je navedenih v tabeli.

Razlog za spremembe v tabelah je, da so navedeni elementi radioaktivni in nimajo niti enega stabilnega izotopa. V takih primerih je običajno podati bodisi relativno atomsko maso najdlje živečega nuklida (na primer za radij) bodisi masna števila; slednji so navedeni v oklepajih. Kdaj odprejo novega? radioaktivni element, nato pa najprej pridobijo samo enega od njegovih številnih izotopov - specifičen nuklid z določeno število nevtroni. Na podlagi teoretičnih konceptov in tudi eksperimentalnih možnosti poskušajo dobiti nuklid novega elementa z zadostno življenjsko dobo (s takšnim nuklidom je lažje delati), a to ni bilo vedno mogoče »v prvem poskusu«. Praviloma je z nadaljnjimi raziskavami postalo jasno, da obstajajo novi nuklidi z daljšo življenjsko dobo in da jih je mogoče sintetizirati, nato pa je bilo treba zamenjati številko, vpisano v periodnem sistemu elementov D. I. Mendelejeva. Primerjajmo masna števila nekaterih transuranov, pa tudi prometija, vzetih iz knjig, izdanih v različnih letih. V oklepajih v tabeli so trenutni podatki za razpolovne dobe. V starih publikacijah so se namesto trenutno sprejetih simbolov elementov 104 in 105 (Rf - rutherfordij in Db - dubnij) pojavili Ku - curchatium in Ns - nielsborium.

Kot je razvidno iz tabele, so vsi v njej navedeni elementi radioaktivni, njihov razpolovni čas je veliko krajši od starosti Zemlje (nekaj milijard let), zato ti elementi v naravi ne obstajajo in so pridobljeni umetno. Ko so se eksperimentalne tehnike izboljšale (sinteza novih izotopov in merjenje njihove življenjske dobe), je bilo včasih mogoče najti nuklide, ki so živeli na tisoče in celo milijone krat dlje, kot je bilo znano prej. Na primer, ko so leta 1944 na ciklotronu Berkeley izvedli prve poskuse sinteze elementa št. 96 (kasneje imenovanega kurij), je bila takrat edina možnost za pridobitev tega elementa obsevanje jeder plutonija-239 z a-delci: 239 Pu + 4 He ® 242 Cm + 1 n. Nastali nuklid novega elementa je imel razpolovno dobo približno šest mesecev; izkazalo se je za zelo priročen kompakten vir energije, kasneje pa so ga v ta namen uporabljali na primer na ameriških vesoljskih postajah Surveyor. Trenutno je pridobljen kurij-247, katerega razpolovna doba je 16 milijonov let, kar je 36 milijonov krat več od življenjske dobe prvega znanega nuklida tega elementa. Torej občasne spremembe v tabeli elementov morda niso povezane samo z odkritjem novih kemičnih elementov!

Za zaključek, kako ste ugotovili, v kakšnem razmerju so različni izotopi prisotni v elementu? Na primer o tem, da 35 Cl predstavlja 75,77 % naravnega klora (ostalo je izotop 37 Cl)? V tem primeru, ko sta v naravnem elementu samo dva izotopa, bo taka analogija pomagala rešiti problem.

Leta 1982 je zaradi inflacije cena bakra, iz katerega so bili kovani ameriški kovanci za en cent, presegla nominalno vrednost kovanca. Zato so od letos kovanci izdelani iz cenejšega cinka in samo na vrhu prekriti s tanko plastjo bakra. Hkrati se je vsebnost dragega bakra v kovancu zmanjšala s 95 na 2,5%, teža pa s 3,1 na 2,5 g.Nekaj ​​let kasneje, ko je bila v obtoku mešanica dveh vrst kovancev, so učitelji kemije spoznali da so ti kovanci (na oko jih skoraj ni mogoče razlikovati) - odlično orodje za njihovo "izotopsko analizo", bodisi po masi bodisi po številu kovancev vsake vrste (analogno masi ali molskemu deležu izotopov v mešanici). Recimo takole: imejmo 210 kovancev, med katerimi so tako lahki kot težki (to razmerje ni odvisno od števila kovancev, če jih je precej). Naj bo tudi skupna masa vseh kovancev enaka 540 g. Če bi bili vsi ti kovanci "lahke sorte", bi bila njihova skupna masa enaka 525 g, kar je 15 g manj od dejanske. Zakaj? Ker niso vsi kovanci lahki: nekateri so težki. Zamenjava enega lahkega kovanca s težkim vodi do povečanja skupne mase za 0,6 g. Maso moramo povečati za 40 g. Zato je 15/0,6 = 25 lahkih kovancev. Tako je v mešanici 25/210 = 0,119 ali 11,9 % lahkih kovancev. (Seveda sčasoma "izotopsko razmerje" kovancev različni tipi se bo spremenilo: vedno več bo lahkih in vse manj težkih. Za elemente je razmerje izotopov v naravi konstantno.)

Enako velja za izotope klora ali bakra: znana je povprečna atomska masa bakra - 63,546 (določili so jo kemiki z analizo različnih bakrovih spojin), pa tudi masi lahkega 64 Cu in težkega 65 Cu. izotopov bakra (te mase so določili fiziki z lastnimi, fizikalnimi metodami). Če element vsebuje več kot dva stabilna izotopa, se njuno razmerje določi z drugimi metodami.

Izkazalo se je, da sta tudi naši kovnici, Moskva in Sankt Peterburg, kovali različne "izotopne sorte" kovancev. Razlog je enak – podražitev kovine. Tako so bili kovanci za 10 in 20 rubljev leta 1992 kovani iz nemagnetne zlitine bakra in niklja, leta 1993 pa iz cenejšega jekla, te kovance pa privlači magnet; Avtor: videz so praktično enaki (mimogrede, nekateri kovanci teh let so bili kovani v "napačni" zlitini; takšni kovanci so zelo redki, nekateri pa so dražji od zlata!). Leta 1993 so bili kovanci za 50 rubljev kovani tudi iz bakrove zlitine, istega leta (hiperinflacija!) - iz jekla, prevlečenega z medenino. Res je, da se mase naših "izotopnih sort" kovancev ne razlikujejo tako zelo kot pri ameriških. Z natančnim tehtanjem kupa kovancev pa je mogoče izračunati, koliko kovancev posamezne vrste je v njem – po teži ali po številu kovancev, če se računa skupno število.

Ilya Leenson

Vsebina članka

ATOMSKA MASA. Koncept te količine se je dolgoročno spreminjal v skladu s spremembami koncepta atomov. Po Daltonovi teoriji (1803) so vsi atomi enaki kemični element sta enaka in je njegova atomska masa število, ki je enako razmerju med njihovo maso in maso atoma določenega standardnega elementa. Vendar pa je okoli leta 1920 postalo jasno, da so v naravi najdeni elementi dveh vrst: nekateri so dejansko predstavljeni z enakimi atomi, drugi pa imajo enak jedrski naboj, vendar drugačna masa; Te vrste atomov so imenovali izotopi. Daltonova definicija torej velja samo za elemente prvega tipa. Atomska masa elementa, ki ga predstavlja več izotopov, je Povprečna vrednost iz masnih števil vseh njegovih izotopov, vzetih kot odstotek, ki ustreza njihovi številčnosti v naravi.

V 19. stoletju Kemiki so pri določanju atomskih mas uporabljali vodik ali kisik kot standard. Leta 1904 je bila kot standard sprejeta 1/16 povprečne mase atoma naravnega kisika (enota kisika), ustrezna lestvica pa je bila imenovana kemična. Masno spektrografsko določanje atomskih mas je bilo izvedeno na podlagi 1/16 mase izotopa 16 O, ustrezna lestvica pa je bila imenovana fizična. V dvajsetih letih prejšnjega stoletja so odkrili, da je naravni kisik sestavljen iz mešanice treh izotopov: 16 O, 17 O in 18 O. To je sprožilo dve težavi. Prvič, izkaže se, da relativna številčnost naravnih izotopov kisika rahlo variira, kar pomeni, da kemijska lestvica temelji na vrednosti, ki ni absolutna konstanta. Drugič, fiziki in kemiki so lahko različne pomene take izpeljane konstante, kot so molske prostornine, Avogadrovo število itd. Rešitev problema je bila najdena leta 1961, ko je bila 1/12 mase ogljikovega izotopa 12 C (ogljikova enota) vzeta za atomsko masno enoto (amu). (1 amu ali 1D (dalton) v masnih enotah SI je 1,66057Х10 –27 kg.) Naravni ogljik je prav tako sestavljen iz dveh izotopov: 12 C – 99% in 13 C – 1%, vendar nove vrednosti atomskih mas elementov je povezanih le s prvim izmed njih. Kot rezultat je bila pridobljena univerzalna tabela relativnih atomskih mas. Izotop 12 C se je izkazal tudi kot primeren za fizikalne meritve.

METODE DOLOČANJA

Atomsko maso lahko določimo bodisi fizikalno oz kemične metode. Kemijske metode se razlikujejo po tem, da na eni stopnji ne vključujejo samih atomov, temveč njihove kombinacije.

Kemične metode.

Po atomski teoriji so števila atomov elementov v spojinah med seboj povezana kot majhna cela števila (zakon večkratnih razmerij, ki ga je odkril Dalton). Zato je za spojino znane sestave mogoče določiti maso enega od elementov, če poznamo mase vseh ostalih. V nekaterih primerih lahko maso spojine izmerimo neposredno, običajno pa jo ugotovimo s posrednimi metodami. Oglejmo si oba pristopa.

Atomska masa Al je bila nedavno določena na naslednji način. Znane količine Al so pretvorili v nitrat, sulfat ali hidroksid in nato žgali v aluminijev oksid (Al 2 O 3), katerega količina je bila natančno določena. Iz razmerja med dvema znanima masama in atomskima masama aluminija in kisika (15.9)

našel atomsko maso Al. Z neposredno primerjavo z atomsko maso kisika pa lahko določimo atomske mase le nekaj elementov. Za večino elementov so bili določeni posredno z analizo kloridov in bromidov. Prvič, te povezave za številne elemente je mogoče dobiti v čista oblika, drugič, za svoje natančne kvantitativne določitve imajo kemiki na voljo občutljivo analitična metoda, ki temelji na primerjavi njihovih mas z maso srebra. Če želite to narediti, natančno določite maso analiziranih spojin in maso srebra, potrebno za interakcijo z njimi. Atomska masa želenega elementa se izračuna na podlagi atomske mase srebra – referenčne vrednosti v takih definicijah. Atomsko maso srebra (107,870) v ogljikovih enotah smo določili s posredno kemijsko metodo.

Fizikalne metode.

Sredi 20. stol. Obstajala je le ena fizikalna metoda za določanje atomskih mas, danes pa so najbolj razširjene štiri.

Gostota plina.

Že prva fizikalna metoda je temeljila na določanju gostote plina in na dejstvu, da v skladu z Avogadrovim zakonom enake prostornine plinov pri enaki temperaturi in tlaku vsebujejo enako število molekul. Torej, če ima določena prostornina čistega CO 2 maso 1,3753 večjo od enake prostornine kisika pri enakih pogojih, potem bi morala biti molekula CO 2 1,3753-krat težja od molekule kisika (molekulska masa O 2 = 31,998), tj. masa molekule CO 2 na kemijski lestvici je 44,008. Če od te vrednosti odštejemo maso dveh atomov kisika, ki je enaka 31,998, dobimo atomsko maso ogljika - 12,01. Za pridobitev natančnejše vrednosti je potrebno uvesti številne popravke, kar oteži to metodo. Kljub temu so bili z njegovo pomočjo pridobljeni nekateri zelo dragoceni podatki. Tako se je po odkritju žlahtnih plinov (He, Ne, Ar, Kr, Xe) metoda, ki temelji na meritvah gostote, izkazala za edino primerno za določanje njihovih atomskih mas.

Masna spektroskopija.

Kmalu po prvi svetovni vojni je F. Aston ustvaril prvi masni spektroskop za natančna definicija masnih števil različnih izotopov in s tem odprl novo obdobje v zgodovini določanja atomskih mas. Danes obstajata dve glavni vrsti masnih spektroskopov: masni spektrometri in masni spektrografi (slednji je na primer instrument Aston). Masni spektrograf je zasnovan za preučevanje obnašanja toka električno nabitih atomov ali molekul v močnem magnetnem polju. Odklon nabitih delcev v tem polju je sorazmeren z razmerjem med njihovimi masami in nabojem in se v obliki črt zapišejo na fotografsko ploščo. Če primerjamo položaje črt, ki ustrezajo določenim delcem, s položajem črte za element z znano atomsko maso, je mogoče dovolj natančno določiti atomsko maso želenega elementa. Dobra ponazoritev metode je primerjava mase molekule CH 4 (metana) z masnim številom najlažjega izotopa kisika, 16 O. Enako nabiti ioni metana in 16 O so istočasno dopuščeni v komoro masnega spektrografa in njihova Položaj se zabeleži na fotografsko ploščo. Razlika v položaju njihovih črt ustreza masni razliki 0,036406 (na fizičnem merilu). To je bistveno večja natančnost, kot jo lahko zagotovi katera koli kemična metoda.

Če preučevani element nima izotopov, potem določitev njegove atomske mase ni težavna. V nasprotnem primeru je treba določiti ne le maso vsakega izotopa, temveč tudi njihovo relativno številčnost v mešanici. Te vrednosti ni mogoče določiti z zadostno natančnostjo, kar omejuje uporabo metode masne spektrografije za iskanje atomskih mas izotopskih elementov, zlasti težkih. Pred kratkim je bilo mogoče z masno spektrometrijo z visoko natančnostjo določiti relativno številčnost dveh izotopov srebra, 107 Ag in 109 Ag. Meritve so opravili v ameriškem nacionalnem uradu za standarde. Z uporabo teh novih podatkov in prejšnjih meritev mase izotopov srebra je bila pojasnjena atomska masa naravnega srebra. Ta vrednost zdaj velja za 107,8731 (kemijska lestvica).

Jedrske reakcije.

Za določitev atomskih mas nekaterih elementov lahko uporabimo razmerje med maso in energijo, ki ga je dobil Einstein. Oglejmo si reakcijo bombardiranja jeder 14 N s hitrimi jedri devterija s tvorbo izotopa 15 N in navadnega vodika 1 H:

14 N + 2 H = 15 N + 1 H + Q

Reakcija sprošča energijo Q= 8.615.000 eV, kar je po Einsteinovi enačbi enakovredno 0,00948 amu. To pomeni, da masa 14 N + 2 H presega maso 15 N + 1 H za 0,00948 amu, in če poznamo masna števila poljubnih treh izotopov, ki sodelujejo v reakciji, lahko ugotovimo maso četrtega. Metoda vam omogoča, da določite razliko v masnih številih dveh izotopov z večjo natančnostjo kot masna spektrografija.

Radiografija.

to fizikalna metoda Možno je določiti atomske mase snovi, ki tvorijo pravilno kristalno mrežo pri običajnih temperaturah. Metoda temelji na razmerju med atomsko (ali molekulsko) maso kristalne snovi, njeno gostoto, Avogadrovim številom in določenim koeficientom, ki se določi iz razdalj med atomi v kristalni mreži. Izvesti je treba natančne meritve dveh količin: konstante rešetke z radiografskimi metodami in gostote s piknometrijo. Uporaba metode je omejena zaradi težav pri pridobivanju čistih popolnih kristalov (brez kakršnih koli praznin in napak).

Razjasnitev atomskih mas.

Vse meritve atomskih mas, ki so bile opravljene pred več kot 20 leti, so bile izvedene s kemijskimi metodami ali metodo, ki temelji na določanju gostote plinov. Nedavno so podatki, pridobljeni z masno spektrometrijo in izotopskimi metodami, sovpadali s tako visoko natančnostjo, da se je Mednarodna komisija za atomsko maso odločila popraviti atomske mase 36 elementov, od katerih jih 18 nima izotopov.
Poglej tudi

Mase atomov in molekul so zelo majhne, ​​zato je priročno izbrati maso enega od atomov kot mersko enoto in izraziti mase preostalih atomov glede na to. Prav to je storil utemeljitelj atomske teorije Dalton, ki je sestavil tabelo atomskih mas, pri čemer je za eno vzel maso atoma vodika.

Do leta 1961 so v fiziki za atomsko masno enoto (amu) jemali 1/16 mase atoma kisika 16O, v kemiji pa 1/16 povprečne atomske mase naravnega kisika, ki je zmes treh izotopi. Kemična enota mase je bila za 0,03 % večja od fizikalne.

Trenutno sprejet za fiziko in kemijo en sistem meritve. Za standardno enoto atomske mase je bila izbrana 1/12 mase ogljikovega atoma 12C.

1 amu = 1/12 m(12С) = 1,66057×10-27 kg = 1,66057×10-24 g.

Pri izračunu relativne atomske mase se upošteva številčnost izotopov elementov v zemeljski skorji. Na primer, klor ima dva izotopa 35Сl (75,5%) in 37Сl (24,5%).Relativna atomska masa klora je:

Ar(Cl) = (0,755×m(35Сl) + 0,245×m(37Сl)) / (1/12×m(12С) = 35,5.

Iz definicije relativne atomske mase sledi, da je povprečna absolutna masa atoma enaka relativni atomski masi, pomnoženi z amu:

m(Cl) = 35,5 × 1,66057 × 10-24 = 5,89 × 10-23 g.

Primeri reševanja problemov

Relativne atomske in molekulske mase

Ta kalkulator je zasnovan za izračun atomske mase elementov.

Atomska masa(imenovano tudi relativna atomska masa) Je vrednost mase enega atoma snovi. Relativna atomska masa je izražena v enotah atomske mase. Relativna atomska masa značilen(Prav) utež atom. Hkrati je dejanska masa atoma premajhna in zato neprimerna za praktično uporabo.

Atomska masa snovi vpliva na količino protoni in nevtroni v jedru atoma.

Masa elektrona je zanemarjena, ker je zelo majhna.

Če želite določiti atomsko maso snovi, morate vnesti naslednje podatke:

• Število protonov- koliko protonov je v jedru snovi;
• Število nevtronov— koliko nevtronov je v jedru snovi.

Na podlagi teh podatkov bo kalkulator izračunal atomsko maso snovi, izraženo v enotah atomske mase.

Tabela kemijskih elementov in njihove atomske mase vodik H 1,0079 nikelj Ne obstaja 58,70 helij On 4,0026 pek Cu 63,546 litij Li 6941 cink Zn 65,38 berilij biti 9,01218 Galija Georgia 69,72 Bor IN 10,81 Nemčija G.E. 72,59 ogljik Z 12,011 arzen kako 74,9216 dušik n 14,0067 selen so 78,96 kisik O 15,9994 Brom brom 79904 fluorid F 18,99840 kripton Kr 83,80 neon ne 20,179 rubidij Rb 85,4678 natrij na 22,98977 stroncij izbrisani 87,62 magnezij mg 24,305 itrij Y 88,9059 aluminij Al 26,98154 cirkonij Zr 91,22 niobij Nb 92,9064 Nobel ne 255 molibden Mo 95,94 Lovrenca Lr 256 tehnecij Ts 98,9062 Kurchatovy ka 261 rutenij Ru 101,07 * * * rodij rezus 102.9055 * * * paladij Pd 106,4 * * * srebro Ag 107 868 * * * silikon Ti 28,086 kadmij CD 112,40 fosfor p 30,97376 Indija 114,82 žveplo 32,06 kositer Sn 118,69 klor Cl 35,453 antimon Sb 121,75 argon Arkansas 39,948 telur te 127,60 kalij TO 39,098 jod jaz 126,904 kalcij Kalifornija 40,08 ksenon Xe 131,30 skandij juzna Carolina 44,9559 cezij Cs 132.9054 Titan te 47,90 barij ba 137,34 vanadij 50,9414 lantan la 138.9055 krom Kr 51,996 cerij Ce 140,12 mangan Minnesota 54,9380 Praseodim Pr 140.9077 železo Fe 55,847 Jaz ne Nd 144,24 kobalt Co. 58,9332 prometij večeri Samarija Sm 150,4 bizmut bi 208.9804 evropij Evropska unija 151,96 Polonij po 209 gadolinij G-d 157,25 ASTAT V 210 terbij Tb 158.9254 radon Rn 222 disprozij du $ 16,50 Francija fr 223 Holmij zdravo 164.9304 polmer R 226.0254 erbij Er 167,26 aktinij izmenični tok 227 tulij Tm 168.9342 torij th 232.0381 iterbij Yb 173,04 protaktinij Pennsylvania 231.0359 Lutecija Lu 174,97 Uran U 238,029 hafnij visoka frekvenca 178,49 neptunij Np 237.0482 tantal to 180.9479 plutonij Pu 244 volfram W 183,85 Amerika Am 243 renij re 186,207 curie cm 247 osmij OS 190,2 Berkeley B.K. 247 iridij infrardeči 192,22 Kalifornija primerjati 251 platina Pt 195,09 Einstein es 254 zlato Au 196.9665 Fermi Fm 257 živo srebro živo srebro 200,59 Mendelevy Maryland 258 talij Tl 204,37 * * * Svinec Pb 207,2 * * *

Relativna atomska masa elementa Stanje naloge: Določite maso molekule kisika. Naloga št. 4.1.2 iz "Zbirke problemov pri pripravi prihajajočih izpitov iz fizike na USPTU" informacije: rešitev: Razmislite o molekularni molekuli kisika \(\nu\) (poljubno število). Spomnimo se, da je kisikova formula O2. Da bi našli maso (\m) dane količine kisika, molekulska masa kisik \(M\) se pomnoži s številom molov\(\nu\). Z uporabo periodnega sistema zlahka ugotovimo, da je molska masa kisika \(M\) 32 g/mol ali 0,032 kg/mol. V enem molu je število avogadrovih molekul \(N_A\) in v\(\nu\) mol - v\(\nu\) včasih večje, tj. Če želite najti maso ene molekule \(m_0\), totalna teža\(t\) je treba deliti s številom molekul \(N\). \ [(m_0) = \frac (m) (N)\] \ [(m_0) = \frac ((\nu \cdot M)) ((\nu \cdot (N_A)))\] \ ((M_0) = \frac (M) (((N_A))) \] Avogadrovo število (N_A1) je tabelarična vrednost, ki je enaka 6,022 1023 mol-1. Izvajamo izračune: \[(M_0) = \frac ((0,032)) ((6,022\cdot ((10) * (23)))) = 5,3\cdot (10^(-26))\; = 5,3 kg\cdot(10^(-23))\; r\] Odgovor: 5,3 · 10-23 g. Če ne razumete rešitve in če imate kakršna koli vprašanja ali ste našli napako, lahko spodaj pustite komentar. Atomi so zelo majhni in zelo majhni. Če izrazimo maso atoma kemičnega elementa v gramih, potem bo to število, pri katerem je decimalna vejica več kot dvajset ničel. Zato je merjenje mase atomov v gramih neustrezno. Če pa vzamemo zelo majhno maso na enoto, lahko vse druge majhne mase izrazimo kot razmerje med to enoto. Merska enota za atomsko maso je 1/12 mase ogljikovega atoma. Imenuje se 1/12 mase ogljikovega atoma atomska masa(Ae. Formula atomske mase Relativna atomska masa vrednost je enaka razmerju med dejansko maso atoma določenega kemičnega elementa in 1/12 dejanske mase ogljikovega atoma. To je neskončna vrednost, saj sta masi ločeni. Ar = matematika. / (1/12) skodelice. Kljub temu, absolutna atomska masa enaka relativni vrednosti in ima mersko enoto amu. To pomeni, da relativna atomska masa kaže, kolikokrat je masa danega atoma večja od 1/12 ogljikovega atoma. Če je atom Ar = 12, potem je njegova masa 12-krat večja od 1/12 mase ogljikovega atoma ali z drugimi besedami 12 atomskih masnih enot. To je lahko samo za ogljik (C). Na vodikovem atomu (H) Ar = 1. To pomeni, da je njegova masa enaka masi 1/12 dela mase ogljikovega atoma. Za kisik (O) je relativna atomska masa 16 amu. To pomeni, da je atom kisika 16-krat večji od atoma ogljika, ima 16 atomskih masnih enot. Najlažji element je vodik. Njegova masa je približno 1 amu. Na najtežjih atomih se masa približa 300 amu. Običajno je za vsak kemični element njegova vrednost absolutna masa atomov, izražena kot a. Na primer. Pomen atomskih masnih enot je zapisan v periodnem sistemu. Koncept, ki se uporablja za molekule relativna molekulska masa (g). Relativna molekulska masa pove, kolikokrat je masa molekule večja od 1/12 mase ogljikovega atoma. Ker pa je masa molekule enaka vsoti mas njenih atomov, je relativno molekulsko maso mogoče najti preprosto tako, da seštejemo relativne mase ti atomi. Na primer, molekula vode (H2O) vsebuje dva atoma vodika z Ar = 1 in en atom kisika z Ar = 16. Zato je gospod (H2O) = 18. Številne snovi imajo nemolekularno zgradbo, na primer kovine. V tem primeru je njihova relativna molekulska masa enaka njihovi relativni atomski masi. Kemija se imenuje pomembna količina masni delež kemijskega elementa v molekuli ali snovi. Prikazuje relativno molekulsko maso tega elementa. Na primer, v vodi ima vodik 2 dela (kot oba atoma), kisik pa 16. To pomeni, da ko vodik pomešamo z 1 kg in 8 kg kisika, reagirata brez ostanka. Masni delež vodika je 2/18 = 1/9, vsebnost kisika pa 16/18 = 8/9. Mikrotehtnica drugače podporo, atomsko ravnotežje(angleško microbial ali angleško nanocevke) je izraz, ki se nanaša na: velika skupina analitičnih instrumentov, katerih natančnost meri maso od enega do nekaj sto mikrogramov; poseben visoko natančen instrument, ki vam omogoča merjenje mase predmetov do 0,1 ng (nanovesy). opis Ena od prvih omemb mikroglobusa je leta 1910, ko je bil William Ramsay obveščen o obsegu, do katerega se je razvil, kar je omogočilo določitev razpona teže 0,1 mm3 telesa na 10-9 g (1 ng). Izraz mikrob se zdaj pogosteje uporablja za naprave, ki lahko merijo in zaznavajo spremembe mase v območju mikrogramov (10-6 gramov). Mikrobiologi so postali običajna praksa v sodobnih raziskovalnih in industrijskih laboratorijih in so na voljo v različnih različicah z različnimi občutljivostmi in povezanimi stroški. Istočasno se razvijajo merilne tehnike na področju nanogramov. kemija. kako najti relativno atomsko maso? Ko govorimo o merjenju mase na nanogramski ravni, ki je pomembna za merjenje mase atomov, molekul ali grozdov, najprej pomislimo na masno spektrometrijo. V tem primeru je treba upoštevati, da merjenje mase s to metodo pomeni potrebo po pretvorbi tehtanih predmetov v ione, kar je včasih zelo nezaželeno. To ni potrebno pri uporabi drugega praktično pomembnega in široko uporabljenega instrumenta za natančno merjenje mase kremenčevih mikrobov, katerega mehanizem delovanja je opisan v ustreznem članku. povezave Jensen K., Kwanpyo Kim, Zettl A. Atomski detektor z nanomehansko atomsko ločljivostjo // arXiv: 0809.2126 (12. september 2008).

Ena od glavnih značilnosti katerega koli kemičnega elementa je njegova relativna atomska masa.

(Enota za atomsko maso je 1/12 mase ogljikovega atoma, katerega masa je vzeta kot 12 amu in je1,66 10 24 G.

S primerjavo mas atomov elementov na amu se ugotovijo številčne vrednosti relativne atomske mase (Ar).

Relativna atomska masa elementa pove, kolikokrat je masa njegovega atoma večja od 1/12 mase ogljikovega atoma.

Na primer, za kisik Ar (O) = 15,9994 in za vodik Ar (H) = 1,0079.

Za molekule enostavnih in kompleksnih snovi določi relativna molekulska masa, ki je številčno enaka vsoti atomskih mas vseh atomov, ki sestavljajo molekulo. Na primer, molekulska masa vode je H2O

Mg (H2O) = 2 1,0079 + 1 15,9994 = 18,0153.

Avogadrov zakon

V kemiji se poleg enot za maso in prostornino uporablja tudi količinska enota snovi, imenovana mol.

!MOL (v) - merska enota za količino snovi, ki vsebuje toliko strukturnih enot (molekul, atomov, ionov), kolikor je atomov v 0,012 kg (12 g) ogljikovega izotopa "C".

To pomeni, da 1 mol katere koli snovi vsebuje enako število strukturnih enot, enako 6,02 10 23 . Ta količina se imenuje Avogadrova konstanta(oznaka nA, dimenzija 1/mol).

Italijanski znanstvenik Amadeo Avogadro je leta 1811 postavil hipotezo, ki je bila kasneje potrjena z eksperimentalnimi podatki in se je pozneje imenovala Avogadrov zakon. Opozoril je na dejstvo, da so vsi plini enako stisnjeni (Boyle-Marriottov zakon) in imajo enake koeficiente toplotne razteznosti (Gay-Lussacov zakon). V zvezi s tem je predlagal, da:

enake prostornine različnih plinov pod enakimi pogoji vsebujejo enako število molekul.

Pri enakih pogojih (običajno govorimo o normalnih pogojih: absolutni tlak je 1013 milibarov in temperatura 0 °C) je razdalja med molekulami vseh plinov enaka, prostornina molekul pa je zanemarljiva. Glede na vse zgoraj navedeno lahko sklepamo naslednje:

!če enake prostornine plinov pod enakimi pogoji vsebujejo enako število molekul, potem morajo imeti mase, ki vsebujejo enako število molekul, enake prostornine.

Z drugimi besedami,

Pod enakimi pogoji zavzema 1 mol katerega koli plina enako prostornino. V normalnih pogojih zavzema prostornino 1 mol katerega koli plina v, kar je enako 22,4 l. Ta obseg se imenujemolska prostornina plina (dimenzija l/mol ali m³ /mol).

Natančna vrednost molske prostornine plina pri normalnih pogojih (tlak 1013 milibarov in temperatura 0 ° C) je 22,4135 ± 0,0006 l/mol. Pod standardnimi pogoji (t=+15° C, tlak = 1013 mbar) 1 mol plina zavzema prostornino 23,6451 litra, prit=+20° C in tlaku 1013 mbar, 1 mol zavzema prostornino približno 24,2 litra.

V numeričnem smislu molska masa sovpada z masami atomov in molekul (v amu) ter z relativno atomsko in molekulsko maso.

Posledično ima 1 mol katere koli snovi maso v gramih, ki je številčno enaka molekulski masi te snovi, izraženi v atomskih masnih enotah.

Na primer, M(O2) = 16 a. e.m. 2 = 32 a. e.m., torej 1 mol kisika ustreza 32 g. Gostote plinov, izmerjene pod enakimi pogoji, se imenujejo njihove molske mase. Ker so pri prevozu utekočinjenih plinov na plinovozih glavni predmet praktičnih težav molekularne snovi (tekočine, hlapi, plini), bo glavna iskana količina molska masa. M(g/mol), količina snovi v v molih in masi T snovi v gramih ali kilogramih.

Če poznate kemijsko formulo določenega plina, lahko nekatere rešite praktični problemi težave, ki nastanejo pri prevozu utekočinjenih plinov.

Primer 1. Palubni rezervoar vsebuje 22 ton utekočinjenega etilena (Z2 n4 ). Ugotoviti je treba, ali je na krovu dovolj tovora za pihanje skozi tri tovorne cisterne s prostornino 5000 m 3, če je po pihanju temperatura rezervoarjev 0 ° C in tlak 1013 milibarov.

1. Določite molekulsko maso etilena:

M = 2 12,011 + 4 1,0079 = 28,054 g/mol.

2. Izračunajte gostoto pare etilena pri normalnih pogojih:

ρ = M/V = 28,054 : 22,4 = 1,232 g/l.

3. Poiščite prostornino hlapov tovora pri normalnih pogojih:

22∙10 6: 1,252= 27544 m3.

Skupna prostornina tovornih tankov je 15.000 m3. Posledično je na krovu dovolj tovora za prezračevanje vseh tovornih tankov s hlapi etilena.

Primer 2. Treba je ugotoviti, koliko propana (Z3 n8 ) bo potrebno za čiščenje tovornih rezervoarjev s skupno prostornino 8000 m 3, če je temperatura rezervoarjev +15 ° C, tlak hlapov propana v rezervoarju po koncu čiščenja pa ne bo presegel 1013 milibarov.

1. Določite molsko maso propana Z3 n8

M = 3 12,011 + 8 1,0079 = 44,1 g/mol.

2. Določimo gostoto hlapov propana po čiščenju rezervoarjev:

ρ = M: v = 44,1: 23,641 = 1,865 kg/m 3.

3. Poznavanje gostote in prostornine hlapov določimo skupno količino propana, potrebno za čiščenje rezervoarja:

m = ρ v = 1,865 8000 = 14920 kg ≈ 15 t.

Atomska masa je vsota mas vseh protonov, nevtronov in elektronov, ki sestavljajo atom ali molekulo. Masa elektronov je v primerjavi s protoni in nevtroni zelo majhna, zato je v izračunih ne upoštevamo. Čeprav to formalno ni pravilno, se izraz pogosto uporablja za označevanje povprečne atomske mase vseh izotopov elementa. To je pravzaprav relativna atomska masa, imenovana tudi atomska teža element. Atomska teža je povprečje atomskih mas vseh izotopov elementa, ki jih najdemo v naravi. Kemiki morajo pri svojem delu razlikovati med tema dvema vrstama atomske mase – nepravilna atomska masa lahko na primer povzroči napačen rezultat za sproščanje reakcijskega produkta.

Koraki

Iskanje atomske mase iz periodnega sistema elementov

Naučite se, kako se zapiše atomska masa. Atomsko maso, to je maso danega atoma ali molekule, lahko izrazimo v standardnih enotah SI - gramih, kilogramih itd. Ker pa so atomske mase, izražene v teh enotah, izjemno majhne, ​​so pogosto zapisane v poenotenih enotah atomske mase ali na kratko amu. – atomske masne enote. Ena enota atomske mase je enaka 1/12 mase standardnega izotopa ogljik-12.

• Enota atomske mase označuje maso en mol danega elementa v gramih. Ta vrednost je zelo uporabna pri praktičnih izračunih, saj jo je mogoče uporabiti za enostavno pretvorbo mase danega števila atomov ali molekul dane snovi v mole in obratno.

1. Poiščite atomsko maso v periodnem sistemu. Večina standardnih periodičnih sistemov vsebuje atomske mase (atomske teže) vsakega elementa. Običajno so navedeni kot številka na dnu celice elementa, pod črkami, ki predstavljajo kemični element. Običajno to ni celo število, temveč decimalni ulomek.

   Ne pozabite, da periodični sistem podaja povprečne atomske mase elementov. Kot smo že omenili, so relativne atomske mase, navedene za vsak element v periodnem sistemu, povprečje mas vseh izotopov atoma. Ta povprečna vrednost je dragocena za številne praktične namene: na primer, uporablja se pri izračunu molske mase molekul, sestavljenih iz več atomov. Ko pa imate opravka s posameznimi atomi, ta vrednost običajno ni dovolj.

   • Ker je povprečna atomska masa povprečje več izotopov, vrednost, prikazana v periodnem sistemu, ni natančno vrednost atomske mase katerega koli posameznega atoma.
   • Atomske mase posameznih atomov je treba izračunati ob upoštevanju natančnega števila protonov in nevtronov v posameznem atomu.

Izračun atomske mase posameznega atoma

1. Poiščite atomsko število danega elementa ali njegovega izotopa. Atomsko število je število protonov v atomih elementa in se nikoli ne spremeni. Na primer, vsi atomi vodika in samo imajo en proton. Atomsko število natrija je 11, ker ima v svojem jedru enajst protonov, medtem ko je atomsko število kisika osem, ker ima v svojem jedru osem protonov. Atomsko število katerega koli elementa najdete v periodnem sistemu - v skoraj vseh njegovih standardnih različicah je to število navedeno zgoraj črkovna oznaka kemični element. Atomsko število je vedno pozitivno celo število.

   • Recimo, da nas zanima ogljikov atom. Ogljikovi atomi imajo vedno šest protonov, zato vemo, da je njegovo atomsko število 6. Poleg tega vidimo, da je v periodnem sistemu na vrhu celice z ogljikom (C) številka "6", kar pomeni, da je atomsko število ogljika je šest.
   • Upoštevajte, da atomsko število elementa ni enolično povezano z njegovo relativno atomsko maso v periodnem sistemu. Čeprav se zlasti pri elementih na vrhu tabele morda zdi, da je atomska masa elementa dvakrat večja od njegovega atomskega števila, se nikoli ne izračuna z množenjem atomskega števila z dva.

2. Poiščite število nevtronov v jedru.Število nevtronov je lahko različno za različne atome istega elementa. Če imata dva atoma istega elementa z enakim številom protonov različno število nevtronov, sta različna izotopa tega elementa. Za razliko od števila protonov, ki se nikoli ne spreminja, se lahko število nevtronov v atomih danega elementa pogosto spreminja, zato je povprečna atomska masa elementa zapisana kot decimalni ulomek z vrednostjo, ki leži med dvema sosednjima celima številoma.

   Seštejte število protonov in nevtronov. To bo atomska masa tega atoma. Zanemarjajte število elektronov, ki obdajajo jedro – njihova skupna masa je izredno majhna, zato praktično nimajo vpliva na vaše izračune.

Izračun relativne atomske mase (atomske teže) elementa

1. Ugotovite, kateri izotopi so v vzorcu. Kemiki pogosto določijo izotopska razmerja določenega vzorca s posebnim instrumentom, imenovanim masni spektrometer. Vendar pa vam bodo pri usposabljanju ti podatki posredovani v nalogah, testih in tako naprej v obliki vrednosti, ​​prevzetih iz znanstvene literature.

   • V našem primeru recimo, da imamo opravka z dvema izotopoma: ogljik-12 in ogljik-13.

2. Določite relativno številčnost vsakega izotopa v vzorcu. Za vsak element se pojavljajo različni izotopi v različnih razmerjih. Ta razmerja so skoraj vedno izražena v odstotkih. Nekateri izotopi so zelo pogosti, medtem ko so drugi zelo redki – včasih tako redki, da jih je težko zaznati. Te vrednosti je mogoče določiti z masno spektrometrijo ali jih najti v referenčni knjigi.

   • Predpostavimo, da je koncentracija ogljika-12 99 % in ogljika-13 1 %. Drugi izotopi ogljika res obstajajo, vendar v tako majhnih količinah, da jih v tem primeru lahko zanemarimo.

3. Pomnožite atomsko maso vsakega izotopa z njegovo koncentracijo v vzorcu. Pomnožite atomsko maso vsakega izotopa z njegovo odstotno številčnostjo (izraženo kot decimalno število). Za pretvorbo obresti v decimalno, preprosto jih delite s 100. Seštevek dobljenih koncentracij mora biti vedno 1.

   • Naš vzorec vsebuje ogljik-12 in ogljik-13. Če ogljik-12 predstavlja 99 % vzorca in ogljik-13 predstavlja 1 %, potem pomnožite 12 (atomsko maso ogljika-12) z 0,99 in 13 (atomsko maso ogljika-13) z 0,01.
   • Referenčne knjige podajajo odstotke na podlagi znanih količin vseh izotopov posameznega elementa. Večina učbenikov za kemijo vsebuje te podatke v tabeli na koncu knjige. Za vzorec, ki ga proučujemo, lahko relativne koncentracije izotopov določimo tudi z masnim spektrometrom.

4. Seštejte rezultate. Seštejte rezultate množenja, ki ste jih dobili v prejšnjem koraku. Kot rezultat te operacije boste našli relativno atomsko maso vašega elementa - povprečno vrednost atomskih mas izotopov zadevnega elementa. Ko se upošteva element kot celota, namesto določenega izotopa danega elementa, se uporabi ta vrednost.

   • V našem primeru je 12 x 0,99 = 11,88 za ogljik-12 in 13 x 0,01 = 0,13 za ogljik-13. Relativna atomska masa je v našem primeru 11,88 + 0,13 = 12,01 .

• Nekateri izotopi so manj stabilni od drugih: razpadejo na atome elementov z manj protoni in nevtroni v jedru, pri čemer se sprostijo delci, ki sestavljajo atomsko jedro. Takšni izotopi se imenujejo radioaktivni.