من المهام الشائعة التي يتعين عليك القيام بها كعالم ناشئ قادر على التعامل مع البيانات هو فهم مفهوم المتوسط. في كثير من الأحيان ، ستصادف عينة من الأشياء المتشابهة التي تختلف وفقًا لخاصية واحدة تدرسها ، مثل الكتلة.
قد تضطر إلى حساب متوسط كتلة مجموعة من الأشياء التي لا يمكنك وزنها بشكل مباشر ، مثل الذرات.
تأتي معظم الذرات الـ 92 التي تحدث في الطبيعة في شكلين مختلفين أو أكثر قليلاً ، تسمى النظائر. تختلف نظائر العنصر نفسه عن بعضها البعض فقط في عدد النيوترونات الموجودة في نواتها.
قد يكون من المفيد تطبيق كل هذه المبادئ معًا للتوصل إلى متوسط كتلة مجموعة مختارة من الذرات مأخوذة من مجموعة معروفة من النظائر المختلفة.
ما هي الذرات؟
الذرات هي أصغر وحدة فردية للعنصر تتكون من جميع خصائص هذا العنصر. تتكون الذرات من نواة تحتوي على بروتونات ونيوترونات تدور حول إلكترونات عديمة الكتلة تقريبًا.
تزن البروتونات والنيوترونات تقريبًا نفس وزن بعضها البعض. يحتوي كل بروتون على شحنة كهربائية موجبة مساوية في الحجم ومعاكسة لشحنة الإلكترون (سالبة) ، بينما لا تحمل النيوترونات شحنة صافية.
تتميز الذرات أساسًا بعددها الذري ، وهو مجرد عدد البروتونات في الذرة. تؤدي إضافة أو طرح الإلكترونات إلى تكوين ذرة مشحونة تسمى أيونًا ، بينما يؤدي تغيير عدد النيوترونات إلى إنشاء نظير للذرة ، وبالتالي العنصر المعني.
النظائر والعدد الكتلي
العدد الكتلي للذرة هو عدد البروتونات والنيوترونات التي تمتلكها. الكروم (Cr) ، على سبيل المثال ، يحتوي على 24 بروتونًا (وبالتالي تحديد العنصر على أنه الكروم) وفي أكثر صوره استقرارًا - أي النظير الذي يظهر غالبًا في الطبيعة - يحتوي على 28 نيوترونًا. وبالتالي فإن عددها الكتلي هو 52.
يتم تحديد نظائر العنصر من خلال عددها الكتلي عند كتابتها. وهكذا فإن نظير الكربون الذي يحتوي على 6 بروتونات و 6 نيوترونات هو كربون -12 ، في حين أن النظير الأثقل مع نيوترون إضافي واحد هو كربون -13.
تحدث معظم العناصر كمزيج من النظائر حيث يغلب أحدها بشكل ملحوظ على العناصر الأخرى من حيث "الشعبية". على سبيل المثال ، 99.76٪ من الأكسجين الطبيعي هو الأكسجين -16. ومع ذلك ، فإن بعض العناصر ، مثل الكلور والنحاس ، تظهر توزيعًا أوسع للنظائر.
متوسط صيغة الكتلة
المتوسط الحسابي هو ببساطة مجموع كل النتائج الفردية في العينة مقسومًا على العدد الإجمالي للعناصر في العينة. على سبيل المثال ، في فصل يضم خمسة طلاب حصلوا على درجات الاختبار 3 و 4 و 5 و 2 و 5 ، سيكون متوسط الفصل في الاختبار القصير
\ frac {3 + 4 + 5 + 2 + 5} {5} = 3.8
يمكن كتابة معادلة الكتلة المتوسطة بعدة طرق ، وفي بعض الحالات ستحتاج إلى معرفة الميزات المتعلقة بالمتوسط ، مثل الانحراف المعياري. في الوقت الحالي ، ركز فقط على التعريف الأساسي.
المتوسط المرجح والنظائر
تسمح لك معرفة الجزء النسبي لكل نظير لعنصر معين والذي يحدث في الطبيعة بحسابالكتلة الذريةمن هذا العنصر ، والذي ، لأنه متوسط ، ليس كتلة أي ذرة واحدة ولكنه رقم يقع بين أثقل نظائر وأخفها.
إذا كانت جميع النظائر موجودة بنفس المقدار ، يمكنك فقط جمع كتلة كل نوع من النظائر والقسمة على عدد الأنواع المختلفة من النظائر الموجودة (عادة اثنين أو ثلاثة).
متوسط الكتلة الذرية ، معطى بوحدات الكتلة الذرية (amu) ، مشابه دائمًا للعدد الكتلي ، لكنه ليس عددًا صحيحًا.
متوسط الكتلة الذرية: مثال
يحتوي الكلور 35 على كتلة ذرية تبلغ 34.969 amu ويمثل 75.77٪ من الكلور على الأرض.
الكلور 37 كتلة ذرية 36.966 amu ونسبة وفرة 24.23٪.
لحساب متوسط الكتلة الذرية للكلور ، استخدم المعلومات الموجودة في جدول دوري للعنصر (انظر الموارد) للعثور على المتوسط (المرجح) مع تغيير النسب المئوية إلى الكسور العشرية:
(34.969 \ مرات 0.7577) + (36.966 \ مرات 0.2423) = 35.45 \ نص {amu}