Salah satu tugas umum yang harus Anda lakukan sebagai ilmuwan pemula yang mampu bekerja dengan data adalah memahami konsep rata-rata. Seringkali, Anda akan menemukan sampel objek serupa yang berbeda menurut satu karakteristik yang Anda pelajari, seperti massa.
Anda bahkan mungkin harus menghitung massa rata-rata sekelompok objek yang tidak dapat Anda timbang secara langsung, seperti atom.
Sebagian besar dari 92 atom yang terjadi di alam datang dalam dua atau lebih bentuk yang sedikit berbeda, yang disebut isotop. Isotop dari unsur yang sama berbeda satu sama lain hanya dalam jumlah neutron yang terkandung dalam intinya.
Akan berguna untuk menerapkan semua prinsip ini bersama-sama untuk menghasilkan massa rata-rata dari pilihan atom yang diambil dari kumpulan isotop berbeda yang diketahui.
Apa itu Atom?
Atom adalah unit individu terkecil dari suatu unsur yang terdiri dari semua sifat unsur tersebut. Atom terdiri dari nukleus yang mengandung proton dan neutron yang diorbit oleh elektron yang hampir tak bermassa.
Proton dan neutron memiliki berat yang hampir sama satu sama lain. Setiap proton mengandung muatan listrik positif yang besarnya sama dan berlawanan tanda dengan elektron (negatif), sedangkan neutron tidak membawa muatan bersih.
Atom dicirikan terutama oleh nomor atomnya, yang hanya merupakan jumlah proton dalam atom. Menambah atau mengurangi elektron menciptakan atom bermuatan yang disebut ion, sementara mengubah jumlah neutron menciptakan isotop atom, dan dengan demikian elemen, yang bersangkutan.
Isotop dan Nomor Massa
Nomor massa atom adalah jumlah proton ditambah neutron yang dimilikinya. Kromium (Cr), misalnya, memiliki 24 proton (dengan demikian mendefinisikan unsur sebagai kromium) dan dalam bentuknya yang paling stabil yaitu, isotop yang paling sering muncul di alam memiliki 28 neutron. Jadi nomor massanya adalah 52.
Isotop suatu unsur ditentukan oleh nomor massanya ketika ditulis. Jadi, isotop karbon dengan 6 proton dan 6 neutron adalah karbon-12, sedangkan isotop yang lebih berat dengan satu neutron tambahan adalah karbon-13.
Sebagian besar elemen terjadi sebagai campuran isotop dengan satu isotop yang secara signifikan mendominasi yang lain dalam hal "popularitas." Misalnya, 99,76 persen oksigen alami adalah oksigen-16. Namun, beberapa elemen, seperti klorin dan tembaga, menunjukkan distribusi isotop yang lebih luas.
Rumus Massa Rata-rata
Rata-rata matematika hanyalah jumlah dari semua hasil individu dalam sampel dibagi dengan jumlah item dalam sampel. Misalnya, di kelas dengan lima siswa yang mencapai skor kuis 3, 4, 5, 2 dan 5, rata-rata kelas pada kuis adalah
\frac{3+4+5+2+5}{5}=3.8
Persamaan massa rata-rata dapat ditulis dalam berbagai cara, dan dalam beberapa kasus Anda perlu mengetahui fitur yang terkait dengan rata-rata, seperti simpangan baku. Untuk saat ini, hanya fokus pada definisi dasar.
Rata-rata Tertimbang dan Isotop
Mengetahui fraksi relatif dari setiap isotop unsur tertentu yang terjadi di alam memungkinkan Anda untuk menghitungmassa atomdari unsur itu, yang, karena merupakan rata-rata, bukanlah massa dari satu atom mana pun tetapi angka yang berada di antara isotop terberat dan teringan yang ada.
Jika semua isotop ada dalam jumlah yang sama, Anda bisa menjumlahkan massa setiap jenis isotop dan membaginya dengan jumlah berbagai jenis isotop yang ada (biasanya dua atau tiga).
Massa atom rata-rata, diberikan dalam satuan massa atom (sma), selalu mirip dengan nomor massa, tetapi bukan bilangan bulat.
Massa Atom Rata-Rata: Contoh
Klorin-35 memiliki massa atom 34,969 sma dan menyumbang 75,77% klorin di Bumi.
Klorin-37 memiliki massa atom 36,966 sma dan persen kelimpahan 24,23%.
Untuk menghitung massa atom rata-rata klorin, gunakan informasi dalam tabel periodik unsur (lihat Sumberdaya) untuk menemukan rata-rata (tertimbang) tetapi ubah persen menjadi desimal:
(34.969 \times 0.7577) + (36.966 \times 0.2423) = 35.45\text{ amu}
