วิธีการคำนวณมวลอะตอม

วิดีโอ: มวลอะตอม มวลอะตอมสัมพัทธ์ และมวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุ

เนื้อหา

ขั้นตอน
วิธีที่ 1 จาก 3: การหามวลอะตอมโดยใช้ตารางธาตุ
วิธีที่ 2 จาก 3: การคำนวณมวลอะตอมของอะตอมเดี่ยว
วิธีที่ 3 จาก 3: การคำนวณมวลอะตอมสัมพัทธ์ (น้ำหนักอะตอม) ของธาตุ
เคล็ดลับ
อะไรที่คุณต้องการ

มวลอะตอม คือผลรวมของมวลของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ประกอบเป็นอะตอมหรือโมเลกุลนี้หรือตัวนั้น มวลของอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับโปรตอนและนิวตรอน จึงไม่นำมาพิจารณาในการคำนวณ แม้ว่าจะไม่ถูกต้องจากมุมมองที่เป็นทางการ คำนี้มักใช้เพื่ออ้างถึงมวลอะตอมเฉลี่ยของไอโซโทปทั้งหมดของธาตุ อันที่จริงนี่คือมวลอะตอมสัมพัทธ์เรียกอีกอย่างว่า น้ำหนักอะตอม องค์ประกอบ. น้ำหนักอะตอมเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของธาตุ นักเคมีต้องแยกแยะระหว่างมวลอะตอมทั้งสองประเภทนี้เมื่อทำงาน ตัวอย่างเช่น ค่ามวลอะตอมที่ไม่ถูกต้องสามารถนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่ถูกต้องสำหรับผลผลิตของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา

ขั้นตอน

วิธีที่ 1 จาก 3: การหามวลอะตอมโดยใช้ตารางธาตุ

1 เรียนรู้วิธีการเขียนมวลอะตอม มวลอะตอม กล่าวคือ มวลของอะตอมหรือโมเลกุลที่กำหนด สามารถแสดงเป็นหน่วย SI มาตรฐานได้ เช่น กรัม กิโลกรัม เป็นต้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมวลอะตอมที่แสดงในหน่วยเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก จึงมักถูกบันทึกในหน่วยมวลอะตอมรวมหรือตัวย่อ amu - หน่วยมวลอะตอม หน่วยมวลอะตอมหนึ่งหน่วยมีค่าเท่ากับ 1/12 ของมวลของไอโซโทปคาร์บอน -12 มาตรฐาน
- หน่วยมวลอะตอมแสดงลักษณะของมวล หนึ่งโมลขององค์ประกอบที่กำหนดในหน่วยกรัม... ค่านี้มีประโยชน์มากในการคำนวณเชิงปฏิบัติ เนื่องจากสามารถใช้เพื่อแปลงมวลของอะตอมหรือโมเลกุลตามจำนวนที่กำหนดให้เป็นโมลได้อย่างง่ายดาย และในทางกลับกัน
2 หามวลอะตอมในตารางธาตุ ตารางธาตุมาตรฐานส่วนใหญ่มีมวลอะตอม (น้ำหนักอะตอม) ของแต่ละธาตุ ตามกฎแล้ว จะแสดงเป็นตัวเลขที่ด้านล่างของเซลล์โดยมีองค์ประกอบ อยู่ใต้ตัวอักษรที่แสดงถึงองค์ประกอบทางเคมี โดยปกติแล้วจะไม่ใช่จำนวนเต็ม แต่เป็นเศษส่วนทศนิยม
- โปรดทราบว่ามวลอะตอมสัมพัทธ์ทั้งหมดที่กำหนดในตารางธาตุสำหรับแต่ละธาตุคือ เฉลี่ย ค่า องค์ประกอบทางเคมีมีความแตกต่างกัน ไอโซโทป - สารเคมีที่มีมวลต่างกันเนื่องจากนิวตรอนเพิ่มเติมหรือหายไปในนิวเคลียสของอะตอม ดังนั้นมวลอะตอมสัมพัทธ์ที่แสดงในตารางธาตุจึงสามารถใช้เป็นค่าเฉลี่ยสำหรับอะตอมของธาตุใดธาตุหนึ่งได้ แต่ ไม่ เป็นมวลของอะตอมหนึ่งของธาตุที่กำหนด
- มวลอะตอมสัมพัทธ์ที่ระบุในตารางธาตุใช้เพื่อคำนวณมวลโมลาร์ของอะตอมและโมเลกุล มวลอะตอมแสดงเป็น amu (ดังในตารางธาตุ) โดยพื้นฐานแล้วไม่มีมิติ อย่างไรก็ตาม เพียงแค่คูณมวลอะตอมด้วย 1 g / mol เราก็ได้คุณลักษณะที่เป็นประโยชน์ของธาตุหนึ่ง นั่นคือ มวล (เป็นกรัม) ของหนึ่งโมลของอะตอมของธาตุนี้
3 โปรดจำไว้ว่าตารางธาตุแสดงมวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ มวลอะตอมสัมพัทธ์ที่ระบุสำหรับแต่ละองค์ประกอบในตารางธาตุเป็นค่าเฉลี่ยของมวลของไอโซโทปทั้งหมดในอะตอม ค่าเฉลี่ยนี้มีค่าสำหรับวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติหลายประการ ตัวอย่างเช่น ใช้เพื่อคำนวณมวลโมลาร์ของโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมหลายอะตอม อย่างไรก็ตาม เมื่อคุณจัดการกับแต่ละอะตอม ค่านี้มักจะไม่เพียงพอ
- เนื่องจากมวลอะตอมเฉลี่ยเป็นค่าเฉลี่ยของไอโซโทปหลายชนิด ค่าที่ระบุในตารางธาตุจึงไม่ใช่ แม่นยำ ค่ามวลอะตอมของอะตอมเดี่ยวใดๆ
- มวลอะตอมของแต่ละอะตอมจะต้องคำนวณโดยคำนึงถึงจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่แน่นอนในอะตอมเดียว

วิธีที่ 2 จาก 3: การคำนวณมวลอะตอมของอะตอมเดี่ยว

1 หาเลขอะตอมของธาตุหรือไอโซโทปของมัน เลขอะตอมคือจำนวนโปรตอนในอะตอมของธาตุซึ่งไม่มีวันเปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น อะตอมไฮโดรเจนทั้งหมดและ เท่านั้น พวกมันมีโปรตอนหนึ่งตัว เลขอะตอมของโซเดียมคือ 11 เนื่องจากนิวเคลียสของมันมีโปรตอน 11 ตัว ในขณะที่เลขอะตอมของออกซิเจนคือ 8 เนื่องจากนิวเคลียสของมันมีแปดโปรตอน คุณสามารถหาเลขอะตอมของธาตุใดก็ได้ในตารางธาตุของ Mendeleev - ในเกือบทุกรุ่นมาตรฐาน หมายเลขนี้ระบุไว้เหนือตัวอักษรขององค์ประกอบทางเคมี เลขอะตอมเป็นจำนวนเต็มบวกเสมอ
- สมมติว่าเราสนใจอะตอมของคาร์บอน อะตอมของคาร์บอนมีโปรตอนอยู่ 6 ตัวเสมอ ดังนั้นเราจึงรู้ว่าเลขอะตอมของมันคือ 6 นอกจากนี้ เราจะเห็นว่าในตารางธาตุ ที่ส่วนบนของเซลล์ที่มีคาร์บอน (C) เป็นเลข "6" ซึ่งบ่งชี้ว่า ว่าเลขอะตอมคาร์บอนเป็นหก
- โปรดทราบว่าเลขอะตอมของธาตุไม่สัมพันธ์กันเฉพาะกับมวลอะตอมสัมพัทธ์ในตารางธาตุ แม้ว่าโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับองค์ประกอบที่ด้านบนของตาราง อาจปรากฏว่ามวลอะตอมของธาตุเป็นสองเท่าของเลขอะตอมของมัน แต่ไม่เคยคำนวณโดยการคูณเลขอะตอมด้วยสอง
2 หาจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส จำนวนนิวตรอนอาจแตกต่างกันไปสำหรับอะตอมที่ต่างกันของธาตุเดียวกัน เมื่ออะตอมสองอะตอมของธาตุเดียวกันที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากันมีจำนวนนิวตรอนต่างกัน พวกมันก็จะเป็นไอโซโทปที่แตกต่างกันของธาตุนั้นต่างจากจำนวนโปรตอนซึ่งไม่เคยเปลี่ยนแปลง จำนวนนิวตรอนในอะตอมของธาตุใดธาตุหนึ่งมักจะเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้นมวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุจึงเขียนเป็นเศษส่วนทศนิยมโดยมีค่าอยู่ระหว่างจำนวนเต็มสองจำนวนที่อยู่ติดกัน
- จำนวนนิวตรอนสามารถกำหนดได้โดยการกำหนดไอโซโทปของธาตุ ตัวอย่างเช่น คาร์บอน-14 เป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของคาร์บอน-12 บ่อยครั้งที่หมายเลขไอโซโทปถูกระบุเป็นตัวเลขตัวยกที่ด้านหน้าสัญลักษณ์องค์ประกอบ: C. พบจำนวนนิวตรอนโดยการลบจำนวนโปรตอนออกจากหมายเลขไอโซโทป: 14 - 6 = 8 นิวตรอน
- สมมติว่าอะตอมของคาร์บอนที่น่าสนใจมีหกนิวตรอน (C) เป็นไอโซโทปคาร์บอนที่มีปริมาณมากที่สุด ซึ่งคิดเป็นประมาณ 99% ของอะตอมทั้งหมดของธาตุนี้ อย่างไรก็ตาม อะตอมคาร์บอนประมาณ 1% มี 7 นิวตรอน (C) อะตอมของคาร์บอนประเภทอื่นมีมากกว่า 7 หรือน้อยกว่า 6 นิวตรอนและมีอยู่ในปริมาณที่น้อยมาก
3 เพิ่มจำนวนของโปรตอนและนิวตรอน นี่จะเป็นมวลอะตอมของอะตอมที่กำหนด ละเว้นจำนวนอิเล็กตรอนที่ล้อมรอบนิวเคลียส - มวลรวมของพวกมันมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นจึงไม่ส่งผลต่อการคำนวณของคุณในทางปฏิบัติ
- อะตอมของคาร์บอนของเรามี 6 โปรตอน + 6 นิวตรอน = 12 ดังนั้นมวลอะตอมของอะตอมของคาร์บอนนี้คือ 12 ถ้านี่คือไอโซโทป "คาร์บอน-13" เราจะรู้ว่ามันมี 6 โปรตอน + 7 นิวตรอน = น้ำหนักอะตอม 13.
- อันที่จริงมวลอะตอมของคาร์บอน -13 คือ 13.003355 และค่านี้แม่นยำกว่าเนื่องจากถูกกำหนดโดยการทดลอง
- มวลอะตอมอยู่ใกล้กับเลขไอโซโทปมาก เพื่อความสะดวกในการคำนวณ หมายเลขไอโซโทปมักจะถือว่าเท่ากับมวลอะตอม ค่าที่กำหนดโดยการทดลองของมวลอะตอมเกินจำนวนไอโซโทปเล็กน้อยเนื่องจากการมีส่วนร่วมเพียงเล็กน้อยจากอิเล็กตรอน

วิธีที่ 3 จาก 3: การคำนวณมวลอะตอมสัมพัทธ์ (น้ำหนักอะตอม) ของธาตุ

1 กำหนดว่าไอโซโทปใดอยู่ในตัวอย่าง นักเคมีมักจะกำหนดอัตราส่วนของไอโซโทปในตัวอย่างเฉพาะโดยใช้เครื่องมือพิเศษที่เรียกว่าแมสสเปกโตรมิเตอร์ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการฝึกอบรม ข้อมูลเหล่านี้จะมอบให้คุณในเงื่อนไขของงาน การควบคุม และอื่นๆ ในรูปแบบของค่านิยมที่นำมาจากวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์
- ในกรณีของเรา สมมติว่าเรากำลังจัดการกับไอโซโทปสองไอโซโทป: คาร์บอน-12 และคาร์บอน-13
2 กำหนดเนื้อหาสัมพัทธ์ของไอโซโทปแต่ละตัวในตัวอย่าง สำหรับแต่ละองค์ประกอบ ไอโซโทปที่แตกต่างกันเกิดขึ้นในสัดส่วนที่ต่างกัน อัตราส่วนเหล่านี้มักแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ ไอโซโทปบางชนิดพบได้บ่อยมาก ในขณะที่ไอโซโทปชนิดอื่นๆ หายากมาก - ในบางครั้งอาจตรวจพบได้ยาก ปริมาณเหล่านี้สามารถกำหนดได้โดยใช้แมสสเปกโตรเมตรีหรือดูได้ในคู่มือ
- สมมติว่าความเข้มข้นของคาร์บอน -12 คือ 99% และคาร์บอน -13 คือ 1% ไอโซโทปอื่นของคาร์บอน จริงหรือ มีอยู่ แต่ในปริมาณที่น้อยจนในกรณีนี้พวกเขาจะถูกละเลย
3 คูณมวลอะตอมของไอโซโทปแต่ละตัวด้วยความเข้มข้นของมันในตัวอย่าง คูณมวลอะตอมของไอโซโทปแต่ละตัวด้วยเปอร์เซ็นต์ของมัน (แสดงเป็นเศษส่วนทศนิยม) ในการแปลงเปอร์เซ็นต์เป็นทศนิยม ให้หารด้วย 100 ความเข้มข้นที่ได้ควรรวมกันเป็น 1 เสมอ
- ตัวอย่างของเราประกอบด้วย carbon-12 และ carbon-13 หากคาร์บอน-12 เป็น 99% ของตัวอย่าง และคาร์บอน-13 คือ 1% จำเป็นต้องคูณ 12 (มวลอะตอมของคาร์บอน -12) ด้วย 0.99 และ 13 (มวลอะตอมของคาร์บอน-13) ด้วย 0.01
- หนังสืออ้างอิงให้เปอร์เซ็นต์ตามปริมาณที่ทราบของไอโซโทปทั้งหมดของธาตุ ตำราเคมีส่วนใหญ่มีข้อมูลนี้ในรูปแบบตารางที่ส่วนท้ายของหนังสือ สำหรับตัวอย่างที่อยู่ระหว่างการศึกษา ความเข้มข้นสัมพัทธ์ของไอโซโทปสามารถกำหนดได้โดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์
4 บวกผลลัพธ์ สรุปผลคูณที่ได้ในขั้นตอนที่แล้วจากการดำเนินการนี้ คุณจะพบมวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุของคุณ ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมของไอโซโทปของธาตุดังกล่าว เมื่อพิจารณาองค์ประกอบโดยรวม แทนที่จะเป็นไอโซโทปเฉพาะขององค์ประกอบที่กำหนด ค่านี้จะถูกใช้
- ในตัวอย่างของเรา 12 x 0.99 = 11.88 สำหรับคาร์บอน-12 และ 13 x 0.01 = 0.13 สำหรับคาร์บอน-13 มวลอะตอมสัมพัทธ์ในกรณีของเราคือ 11.88 + 0.13 = 12,01.

เคล็ดลับ

ไอโซโทปบางชนิดมีความเสถียรน้อยกว่าไอโซโทปชนิดอื่นๆ พวกมันสลายตัวเป็นอะตอมของธาตุที่มีโปรตอนและนิวตรอนน้อยกว่าในนิวเคลียส ปล่อยอนุภาคที่ประกอบเป็นนิวเคลียสของอะตอม ไอโซโทปดังกล่าวเรียกว่ากัมมันตภาพรังสี