Ένα από τα κοινά καθήκοντα που θα πρέπει να εκτελέσετε ως εκκολαπτόμενος επιστήμονας που είναι σε θέση να εργαστεί με δεδομένα είναι η κατανόηση της έννοιας του μέσου όρου. Συχνά, θα συναντήσετε ένα δείγμα παρόμοιων αντικειμένων που διαφέρουν ανάλογα με ένα μόνο χαρακτηριστικό που μελετάτε, όπως η μάζα.
Ίσως χρειαστεί να υπολογίσετε τη μέση μάζα μιας ομάδας αντικειμένων που δεν μπορείτε να ζυγίζετε άμεσα, όπως άτομα.
Τα περισσότερα από τα 92 άτομα που εμφανίζονται στη φύση έρχονται σε δύο ή περισσότερες ελαφρώς διαφορετικές μορφές, που ονομάζονται ισότοπα. Τα ισότοπα του ίδιου στοιχείου διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στον αριθμό των νετρονίων που περιέχονται στους πυρήνες τους.
Μπορεί να είναι χρήσιμο να εφαρμοστούν όλες αυτές οι αρχές μαζί με τη μέση μάζα μιας επιλογής ατόμων που προέρχονται από μια γνωστή ομάδα διαφορετικών ισοτόπων.
Τι είναι τα άτομα;
Τα άτομα είναι η μικρότερη μεμονωμένη μονάδα ενός στοιχείου που αποτελείται από όλες τις ιδιότητες αυτού του στοιχείου. Τα άτομα αποτελούνται από έναν πυρήνα που περιέχει πρωτόνια και νετρόνια που περιστρέφεται γύρω από σχεδόν άμαζες ηλεκτρόνια.
Τα πρωτόνια και τα νετρόνια ζυγίζουν περίπου το ένα το άλλο. Κάθε πρωτόνιο περιέχει ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο ίσο σε μέγεθος και αντίθετο σε ένδειξη με ένα ηλεκτρόνιο (αρνητικό), ενώ τα νετρόνια δεν φέρουν καθαρό φορτίο.
Τα άτομα χαρακτηρίζονται κυρίως από τον ατομικό τους αριθμό, που είναι ακριβώς ο αριθμός των πρωτονίων στο άτομο. Η προσθήκη ή η αφαίρεση των ηλεκτρονίων δημιουργεί ένα φορτισμένο άτομο που ονομάζεται ιόν, ενώ η αλλαγή του αριθμού των νετρονίων δημιουργεί ένα ισότοπο του ατόμου, και επομένως στοιχείο, εν λόγω.
Ισότοπα και αριθμός μάζας
Ο αριθμός μάζας ενός ατόμου είναι ο αριθμός των πρωτονίων συν νετρονίων που έχει. Το χρώμιο (Cr), για παράδειγμα, έχει 24 πρωτόνια (ορίζοντας έτσι το στοιχείο ως χρώμιο) και στην πιο σταθερή του μορφή - δηλαδή, το ισότοπο που εμφανίζεται πιο συχνά στη φύση - έχει 28 νετρόνια. Ο αριθμός μάζας του είναι συνεπώς 52.
Τα ισότοπα ενός στοιχείου καθορίζονται από τον αριθμό μάζας τους όταν διαγράφονται. Έτσι, το ισότοπο άνθρακα με 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια είναι άνθρακα-12, ενώ το βαρύτερο ισότοπο με ένα επιπλέον νετρόνιο είναι άνθρακα-13.
Τα περισσότερα στοιχεία εμφανίζονται ως ένα μείγμα ισοτόπων με ένα να κυριαρχεί σημαντικά από τα άλλα ως προς τη «δημοτικότητα». Για παράδειγμα, το 99,76 τοις εκατό του φυσικού οξυγόνου είναι οξυγόνο-16. Ορισμένα στοιχεία, ωστόσο, όπως το χλώριο και ο χαλκός, δείχνουν ευρύτερη κατανομή των ισοτόπων.
Μέσος τύπος μάζας
Ένας μαθηματικός μέσος όρος είναι απλώς το άθροισμα όλων των μεμονωμένων αποτελεσμάτων σε ένα δείγμα διαιρούμενο με τον συνολικό αριθμό στοιχείων σε ένα δείγμα. Για παράδειγμα, σε μια τάξη με πέντε μαθητές που πέτυχαν βαθμολογίες κουίζ 3, 4, 5, 2 και 5, ο μέσος όρος της τάξης στο κουίζ θα ήταν
\ frac {3 + 4 + 5 + 2 + 5} {5} = 3.8
Η μέση εξίσωση μάζας μπορεί να γραφτεί με πολλούς τρόπους και σε ορισμένες περιπτώσεις θα πρέπει να γνωρίζετε χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τον μέσο όρο, όπως η τυπική απόκλιση. Προς το παρόν, απλώς εστιάστε στον βασικό ορισμό.
Σταθμισμένος μέσος όρος και ισότοπα
Η γνώση του σχετικού κλάσματος κάθε ισότοπου ενός συγκεκριμένου στοιχείου που εμφανίζεται στη φύση σας επιτρέπει να υπολογίσετε τοατομική μάζααυτού του στοιχείου, το οποίο, επειδή είναι ένας μέσος όρος, δεν είναι η μάζα οποιουδήποτε ατόμου αλλά ένας αριθμός που βρίσκεται μεταξύ των βαρύτερων και ελαφρύτερων ισοτόπων που υπάρχουν.
Εάν όλα τα ισότοπα ήταν παρόντα στην ίδια ποσότητα, θα μπορούσατε απλώς να προσθέσετε τη μάζα κάθε είδους ισότοπου και να διαιρέσετε με τον αριθμό των διαφορετικών ειδών ισότοπων που υπάρχουν (συνήθως δύο ή τρία).
Η μέση ατομική μάζα, που δίδεται σε μονάδες ατομικής μάζας (amu), είναι πάντα παρόμοια με τον αριθμό μάζας, αλλά δεν είναι ακέραιος αριθμός.
Μέση ατομική μάζα: Παράδειγμα
Το χλώριο-35 έχει ατομική μάζα 34,969 amu και αντιπροσωπεύει το 75,77% του χλωρίου στη Γη.
Το χλώριο-37 έχει ατομική μάζα 36,966 amu και ποσοστό αφθονίας 24,23%.
Για να υπολογίσετε τη μέση ατομική μάζα χλωρίου, χρησιμοποιήστε τις πληροφορίες σε έναν περιοδικό πίνακα του στοιχείου (βλ. Πόροι) για να βρείτε τον (σταθμισμένο) μέσο όρο αλλά αλλάζοντας τα ποσοστά σε δεκαδικά:
(34,969 \ φορές 0,7577) + (36,966 \ φορές 0,2423) = 35,45 \ κείμενο {amu}