Razumijevanje koncepta prosjeka jedan je od uobičajenih zadataka koji ćete morati obavljati kao nadobudni znanstvenik koji je sposoban raditi s podacima. Često ćete naići na uzorak sličnih predmeta koji se razlikuju prema jednoj karakteristici koju proučavate, poput mase.
Možda ćete čak morati izračunati prosječnu masu skupine predmeta koje ne možete izravno izvagati, poput atoma.
Većina od 92 atoma koji se javljaju u prirodi dolaze u dva ili više malo različita oblika, koja se nazivaju izotopi. Izotopi istog elementa međusobno se razlikuju samo po broju neutrona sadržanih u njihovim jezgrama.
Moglo bi biti korisno primijeniti sve ove principe kako bi se došlo do prosječne mase odabira atoma izvučenih iz poznatog skupa različitih izotopa.
Što su atomi?
Atomi su najmanja pojedinačna jedinica elementa koja se sastoji od svih svojstava tog elementa. Atomi se sastoje od jezgre koja sadrži protone i neutrone oko koje kruže gotovo bezmasni elektroni.
Protoni i neutroni teže približno jednaki jedni drugima. Svaki proton sadrži pozitivan električni naboj jednak po veličini i suprotan po predznaku elektronu (negativni), dok neutroni nemaju neto naboj.
Atome karakterizira prvenstveno njihov atomski broj, koji je samo broj protona u atomu. Dodavanjem ili oduzimanjem elektrona stvara se nabijeni atom koji se naziva ion, dok promjena broja neutrona stvara izotop atoma, a time i elementa.
Izotopi i maseni broj
Maseni broj atoma je broj protona plus neutrona koje ima. Krom (Cr), na primjer, ima 24 protona (čime se element definira kao krom) i u svom najstabilnijem obliku - odnosno izotopu koji se najčešće pojavljuje u prirodi - ima 28 neutrona. Njegov maseni broj je tako 52.
Izotopi elementa određeni su njihovim masenim brojem kada su ispisani. Stoga je izotop ugljika sa 6 protona i 6 neutrona ugljik-12, dok je teži izotop s jednim dodatnim neutronom ugljik-13.
Većina se elemenata javlja kao mješavina izotopa, s tim da jedan značajno prevladava nad ostalima u smislu "popularnosti". Na primjer, 99,76 posto kisika koji se javlja u prirodi je kisik-16. Međutim, neki elementi, poput klora i bakra, pokazuju širu raspodjelu izotopa.
Formula prosječne mase
Matematički prosjek je jednostavno zbroj svih pojedinačnih rezultata u uzorku podijeljen s ukupnim brojem predmeta u uzorku. Na primjer, u razredu s pet učenika koji su postigli ocjene kviza 3, 4, 5, 2 i 5, prosjek razreda na kvizu bio bi
\ frac {3 + 4 + 5 + 2 + 5} {5} = 3,8
Jednadžba prosječne mase može se napisati na brojne načine, a u nekim slučajevima trebat ćete znati značajke povezane s prosjekom, poput standardne devijacije. Za sada se samo usredotočite na osnovnu definiciju.
Ponderirani prosjek i izotopi
Poznavanje relativnog udjela svakog izotopa određenog elementa koji se javlja u prirodi omogućuje vam izračunavanjeatomska masatog elementa koji, jer je prosjek, nije masa niti jednog atoma, već broj koji se nalazi između najtežih i najlakših prisutnih izotopa.
Ako su svi izotopi bili u istoj količini, možete jednostavno zbrojiti masu svake vrste izotopa i podijeliti s brojem različitih vrsta prisutnih izotopa (obično dvije ili tri).
Prosječna atomska masa, dana u jedinicama atomske mase (amu), uvijek je slična masenom broju, ali nije cijeli broj.
Prosječna atomska masa: Primjer
Klor-35 ima atomsku masu 34,969 amu i čini 75,77% klora na Zemlji.
Klor-37 ima atomsku masu 36,966 amu i postotni postotak od 24,23%.
Da biste izračunali prosječnu atomsku masu klora, upotrijebite podatke u periodnom sustavu elementa (vidi Resurse) da biste pronašli (ponderirani) prosjek, ali mijenjajući postotke u decimale:
(34,969 \ puta 0,7577) + (36,966 \ puta 0,2423) = 35,45 \ text {amu}