Yksi yleisimmistä tehtävistä, jotka sinun on suoritettava aloittelevana tiedemiehenä, joka pystyy työskentelemään tietojen kanssa, on keskiarvon käsitteen ymmärtäminen. Usein kohtaat näytteen samankaltaisista kohteista, jotka eroavat tutkittavan yksittäisen ominaisuuden, kuten massan, mukaan.
Saatat joutua jopa laskemaan sellaisen objektiryhmän keskimääräisen massan, jota et voi punnita suoraan, kuten atomit.
Suurin osa luonnossa esiintyvistä 92 atomista tulee kahdessa tai useammassa hieman eri muodossa, joita kutsutaan isotoopeiksi. Saman elementin isotoopit eroavat toisistaan vain niiden ytimissä olevien neutronien lukumäärän suhteen.
Voi olla hyödyllistä soveltaa kaikkia näitä periaatteita yhdessä keksiä keskimääräinen massa valittua atomia, joka on vedetty tunnetusta joukosta erilaisia isotooppeja.
Mitä atomit ovat?
Atomit ovat pienin yksittäinen elementin yksikkö, joka koostuu kaikista kyseisen elementin ominaisuuksista. Atomit koostuvat protoneja ja neutroneja sisältävästä ytimestä, jota kiertävät lähes massattomat elektronit.
Protonit ja neutronit painavat suunnilleen samoja toisiaan. Jokainen protoni sisältää positiivisen sähkövarauksen, jonka suuruus on yhtä suuri ja vastakkainen kuin elektronilla (negatiivinen), kun taas neutroneilla ei ole nettovarausta.
Atomeille on ominaista ensisijaisesti niiden atomiluku, joka on vain atomien protonien lukumäärä. Elektronien lisääminen tai vähentäminen luo varatun atomin, jota kutsutaan ioniksi, kun taas neutronien lukumäärän muuttaminen luo kyseessä olevan atomin isotoopin ja siten elementin.
Isotoopit ja massanumero
Atomin massanumero on siinä olevien protonien ja neutronien lukumäärä. Esimerkiksi kromissa (Cr) on 24 protonia (mikä määrittelee elementin kromiksi), ja sen vakain muoto - eli luonnossa useimmiten esiintyvä isotooppi - sisältää 28 neutronia. Sen massaluku on siis 52.
Elementin isotoopit määritetään niiden massanumerolla kirjoitettaessa. Siten hiilen isotooppi, jossa on 6 protonia ja 6 neutronia, on hiili-12, kun taas yhden ylimääräisen neutronin painava isotooppi on hiili-13.
Suurin osa alkuaineista esiintyy isotooppien seoksena, joista yksi on "suosion" kannalta merkittävästi etusijalla muihin nähden. Esimerkiksi 99,76 prosenttia luonnossa esiintyvästä hapesta on happi-16. Jotkut alkuaineet, kuten kloori ja kupari, osoittavat kuitenkin isotooppien laajempaa jakautumista.
Keskimääräinen massakaava
Matemaattinen keskiarvo on yksinkertaisesti kaikkien otoksen yksittäisten tulosten summa jaettuna otoksen kohteiden kokonaismäärällä. Esimerkiksi luokassa, jossa on viisi opiskelijaa, jotka saavuttivat tietokilpailupisteet 3, 4, 5, 2 ja 5, luokan keskiarvo olisi tietokilpailussa
\ frac {3 + 4 + 5 + 2 + 5} {5} = 3,8
Keskimääräinen massayhtälö voidaan kirjoittaa monin tavoin, ja joissakin tapauksissa sinun on tiedettävä keskiarvoon liittyvät ominaisuudet, kuten keskihajonta. Keskity nyt vain perusmääritykseen.
Painotettu keskiarvo ja isotoopit
Tietäen tietyn luonnossa esiintyvän tietyn elementin kunkin isotoopin suhteellisen osuuden, voit laskeaatomimassasen elementin, joka, koska se on keskiarvo, ei ole minkään yhden atomin massa, vaan luku, joka on raskaimpien ja kevyimpien läsnä olevien isotooppien välillä.
Jos kaikkia isotooppeja oli läsnä samassa määrin, voit vain laskea yhteen kunkin isotooppityypin massan ja jakaa sen määrän erityyppisillä isotoopeilla (yleensä kaksi tai kolme).
Keskimääräinen atomimassa, joka ilmoitetaan atomimassayksikköinä (amu), on aina samanlainen kuin massanumero, mutta se ei ole kokonaisluku.
Keskimääräinen atomimassa: Esimerkki
Kloori-35: n atomimassa on 34,969 amu ja sen osuus maapallon kloorista on 75,77%.
Kloori-37: n atomimassa on 36,966 amu ja prosenttiosuus 24,23%.
Laskeaksesi kloorin keskimääräisen atomimassaan, käytä elementin jaksollisen taulukon tietoja (katso Resurssit) löytääksesi (painotetun) keskiarvon, mutta muuttamalla prosentit desimaaleiksi:
(34,969 \ kertaa 0,7577) + (36,966 \ kertaa 0,2423) = 35,45 \ teksti {amu}