ატომური მასა: განმარტება, ერთეულები და როგორ გამოვთვალოთ

ყველაფერი, რომელთანაც ყოველდღიურად ურთიერთობთ, საბოლოოდ შედგება ატომებისაგან. 200 მლ ჭიქა წყალი, მაგალითად, შეიცავს დაახლოებით 6,7 × 10-ს²⁴ მოლეკულები და რადგან ატომების რაოდენობა თითოეულ მოლეკულაში სამია, საერთო ჯამში დაახლოებით 2 × 10²⁵ ატომები მხოლოდ ერთ ჭიქაში. ეს არის 20 მილიონი მილიარდი მილიარდი - ისეთი დიდი რიცხვი, რომლის წარმოდგენაც კი ნამდვილად არ შეგიძლია - და ეს მხოლოდ საკმაოდ პატარა ჭიქა წყალშია. ამ მცირე მატერიის შემადგენელი ნაწილის გაგება გადამწყვეტი ნაბიჯია მაკროსკოპული თვისებების გასაგებად, რომელიც ჩვენთვის ნაცნობი ყოველდღიურად ხდება.

მაგრამ როგორ შეიძლება თუნდაც გამოანგარიშოთ ატომების რაოდენობა ჭიქა წყალში? ამ კონკრეტულ შემთხვევაში ხრიკი იყომოლური მასაწყლისა და ატომების ცნობილი რიცხვი ნებისმიერი ნივთიერების მოლში. მაგრამ მოლური მასა, თავის მხრივ, დამოკიდებულიაატომური მასის ერთეული, რაც აბსოლუტურად გადამწყვეტია ფიზიკის ან ქიმიის ნებისმიერი სტუდენტის გასაგებად. საბედნიეროდ, ეს ნამდვილად არის ნებისმიერი ნივთიერების ატომის მასის რეალური გამარტივება, რაც არსებითად გეუბნება ფარდობით მასას, ვიდრე ერთი ნეიტრონი ან პროტონი.

ატომებს აქვთ სამი ძირითადი კომპონენტი: პროტონები, ნეიტრონები და ელექტრონები. პროტონები და ნეიტრონები არსებობს ბირთვის შიგნით, რაც არის მატერიის კომპაქტური განლაგება, რომელიც ატომის ცენტრში მდებარეობს, ხოლო ელექტრონები მის გარედან "ბუნდოვანი ღრუბლის" სახით არსებობს. ბირთვს და უახლოეს ელექტრონსაც შორის არის უზარმაზარი სივრცე. ბირთვს აქვს დადებითი მუხტი, რადგან პროტონები დადებითად არიან დამუხტული და ნეიტრონები ნეიტრალური, ხოლო ელექტრონების ღრუბელი ატარებს უარყოფით მუხტს, რომელიც აბალანსებს მას ნეიტრონიდან.

ბირთვი შეიცავს ატომის მასის დიდ ნაწილს, რადგან ნეიტრონები და პროტონები ელექტრონებზე ბევრად უფრო მძიმეა. სინამდვილეში, ან პროტონები ან ნეიტრონები ელექტრონებზე დაახლოებით 1,800 ჯერ მეტია, იმდენად უფრო დიდია, ვიდრე შიგნით ბევრ შემთხვევაში შეგიძლიათ უსაფრთხოდ უგულებელყოთ ელექტრონის მასა, როდესაც ატომურ მასაზე უფრო ფიქრობთ საერთოდ.

პერიოდულ ცხრილში ჩამოთვლილია ბუნებაში ნაპოვნი ყველა ელემენტი (ანუ ატომის ტიპები), დაწყებული უმარტივესიდან, რომელიც არის წყალბადის ატომი.ატომური ნომერიატომის (მოცემულია სიმბოლოზ) გიჩვენებთ რამდენი პროტონი აქვს ელემენტის ატომს თავის ბირთვში და ეს არის პერიოდული სისტემის შესაბამის ბლოკის ზედა რიცხვი. რადგან ეს ახდენს დადებით მუხტს და ელექტრონების რაოდენობას (რაც ინფორმაციის მნიშვნელოვანი ნაწილია, როდესაც ხარ) ატომურ შეერთებაზე ფიქრი) ტოლი უნდა იყოს მთლიანი ძირითადი ელექტრული ნეიტრალიტეტისა, ეს რიცხვი ნამდვილად ახასიათებს ელემენტი.

შეიძლება იყოს განსხვავებულიიზოტოპებიამასთან, იგივე ელემენტის, რომელსაც აქვს იგივე რაოდენობის პროტონი (და ასე შეიძლება გონივრულად მოვიაზროთ, როგორც იგივე ელემენტი), მაგრამ განსხვავებულია ნეიტრონების რაოდენობა. ეს შეიძლება იყოს ან არ იყოს სტაბილური, რაც თავისთავად საინტერესო თემაა, მაგრამ მნიშვნელოვანია აღინიშნოს ახლა ის არის, რომ სხვადასხვა იზოტოპებს აქვთ სხვადასხვა მასა, მაგრამ იგივე საერთო თვისებები აქვთ სხვა დანარჩენში გზები.

მიუხედავად იმისა, რომ მათი ჩვეულებრივი ფორმით ატომები ელექტრონულად ნეიტრალურია, ზოგი ატომი მიდრეკილია ელექტრონების მოპოვების ან დაკარგვისკენ, რამაც შეიძლება მათ მისცეს ქსელის ელექტრო მუხტი. ატომებს, რომლებმაც გაიარეს ერთ-ერთი ასეთი პროცესი, უწოდებენ იონებს.

ატომური მასა ზოგადად განისაზღვრება ატომური მასის ერთეულების მიხედვით (amu). ოფიციალური განმარტებაა, რომ 1 amu არის ნახშირბად -12 ატომის მასის 1/12. ნახშირბადი -12 სტანდარტული მეთოდია, რომ თქვას: ”ნახშირბადის იზოტოპი ექვსი პროტონითა და ექვსით ნეიტრონების ”, ასე რომ თქვენ საბოლოოდ შეგიძლიათ იფიქროთ ატომური მასის ერთეულზე, როგორც პროტონის ან ნეიტრონი. გარკვეულწილად, ატომური მასის რიცხვი არის ბირთვში პროტონებისა და ნეიტრონების რაოდენობა და ეს ნიშნავს, რომ იგი არ არის იგივე ატომური,ზ​.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ბოლო ნაწილში აღწერილი მიზეზების გამო, ატომში ელექტრონების მასა უგულებელყოფილია, როდესაც ატომურ მასაზე საუბრობთ უმეტეს სიტუაციებში. კიდევ ერთი საინტერესო შენიშვნა არის ის, რომ ატომის მასა ოდნავ ნაკლებია, ვიდრე ყველა კომპონენტის მასა კომბინირებული, ”სავალდებულო ენერგიის” გამო, რაც საჭიროა ბირთვის ერთობლივად დასაკავებლად. ამასთან, ეს არის კიდევ ერთი გართულება, რომლის გათვალისწინება ნამდვილად არ გჭირდებათ უმეტეს სიტუაციებში.

პერიოდული ცხრილის ელემენტის ბლოკის ქვედა რიცხვი არის საშუალო ატომური მასა, რომელიც ასევე განსხვავდება ატომური მასის ერთეულებში გამოხატული მასისგან. ეს არის არსებითად შეწონილი საშუალო ელემენტის სხვადასხვა იზოტოპების მასების, რაც ითვალისწინებს მათ შედარებით სიუხვეს დედამიწაზე. ასე რომ, გარკვეული გაგებით, ეს არის ელემენტის მასის ყველაზე ზუსტი "საერთო" საზომი, მაგრამ პრაქტიკაში ნებისმიერი კონკრეტული იზოტოპის ატომური ატომური მასის ერთეულებში იქნება მთელი რიცხვი. უფრო მარტივ პერიოდულ ცხრილებზე ეს "ატომური მასის რიცხვი" (ა) გამოიყენება საშუალო ატომური მასის ნაცვლად.

მოლეკულური მასა(ან, ნაკლებად ზუსტი, მაგრამ ასევე გავრცელებული ტერმინის გამოყენება, "მოლეკულური წონა") არის ნივთიერების მოლეკულის მასა ატომური მასის ერთეულებში. ამის გაკეთება მარტივია: თქვენ პოულობთ მოცემული ნივთიერების ქიმიურ ფორმულას და შემდეგ დაამატეთ შემადგენელი ატომების ატომური მასები. მაგალითად, მეთანი შედგება ერთი ნახშირბადის ატომიდან და ოთხი წყალბადის ატომიდან და მას ამ კომპონენტების მასა აქვს ერთად. ნახშირბად -12 ატომს აქვს 12 ატომური მასა და წყალბადის თითოეულ ატომს აქვს 1 ატომური მასა, ამიტომ მეთანის მოლეკულის მთლიანი მოლეკულური მასა 16 amu.

ნივთიერების მოლური მასა არის ნივთიერების ერთი მოლის მასა. ეს ემყარება ავოგადროს რიცხვს, რომელიც გიჩვენებთ ნივთიერების ერთ მოლში ატომების ან მოლეკულების რაოდენობას და მოლის განმარტებას. მოლი არის ნივთიერების რაოდენობა, რომლის შედეგადაც მისი მასა გრამებში იგივეა, რაც მისი ატომური მასის რიცხვი. მაგალითად, ნახშირბადი -12-ისთვის, ერთი მოლის მასა 12 გრ.

ავოგადროს ნომერია 6.022 × 10²³, ასე რომ, 12 გრ ნახშირბადი -12 შეიცავს ამდენ ატომს, და ასევე, 4 გ ჰელიუმი შეიცავს ამდენ ატომსაც. მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ თუ მოცემული ნივთიერება არის მოლეკულა (ანუ ერთზე მეტი ატომისგან შემდგარი რაღაც), მაშინ ავოგადროს რიცხვი გიჩვენებთმოლეკულებივიდრე ატომების რაოდენობა.

ეს გაძლევთ ყველაფერს, რაც თქვენ უნდა იცოდეთ, მაგალითად, ჭიქა წყლის მაგალითზე გასასვლელად. მინა შეიცავს 200 მლ, რაც მასის მიხედვით 200 გ-ს შეესაბამება და ერთი წყლის მოლეკულა (ქიმიური ფორმულა H₂ო) აქვს ორი წყალბადის ატომი და ერთი ჟანგბადის ატომი, მოლეკულური მასა 18 amu და მოლური მასა 18 g. ასე რომ, ატომების რაოდენობის მოსაძებნად, მასას უბრალოდ ყოფთ მოლის მასაზე, რომ იპოვოთ მოლების რაოდენობა, შემდეგ კი ავოგადროს რიცხვზე გამრავლებით მოლეკულების რაოდენობის დასადგენად. დაბოლოს, აღვნიშნეთ, რომ თითოეულ მოლეკულას აქვს სამი ატომი, თქვენ გამრავლდებით სამზე, რათა იპოვოთ ინდივიდუალური ატომების რაოდენობა.

მეტი მაგალითის გამოყენებით დაგეხმარებათ ატომური მასის შესახებ ძირითადი ცნებების გაგებაში. უმარტივესი მაგალითია მარტივი ელემენტის მასის შემუშავება, როგორიცაა ნახშირბადი -12. ეს პროცესი მარტივია, თუ მხოლოდ ამუს გათვალისწინებით ფიქრობთ, მაგრამ ასევე შეგიძლიათ ამუ-ს გარდაქმნა კგ-ზე საკმაოდ მარტივად მიიღოთ ნახშირბადის მასის უფრო სტანდარტიზებული გაზომვა.

ნახშირბადის ატომის მასის გამოთვლა ამუ – ში უნდა გქონდეთ იმის საფუძველზე, რაც უკვე შეისწავლეთ სტატიიდან და აღნიშნეთ, რომ თითოეულ ატომში ექვსი პროტონი და ექვსი ნეიტრონია. რა არის ნახშირბადის ატომის მასა ამუში? რა თქმა უნდა, ეს 12 ამუა. ექვს პროტონს დაამატებთ ექვს ნეიტრონს და იპოვით პასუხს, რადგან ნაწილაკების ორივე ტიპს აქვს 1 amu.

ამუს გარდაქმნა კგ-ზე ამ თვალსაზრისითაც საკმაოდ მარტივია: 1 amu = 1.66 × 10⁻²⁷ კგ, ასე რომ

Ეს არისნამდვილადპატარა მასა (და ამიტომ ატომური მასა ჩვეულებრივ იზომება ამუში ნაცვლად), მაგრამ აღსანიშნავია, რომ ელექტრონის მასა არის 9 × 10⁻³¹, ასე რომ აშკარაა, რომ ნახშირბადის ატომის მასაზე 12-ვე ელექტრონის დამატებაც კი მნიშვნელოვან განსხვავებას ვერ გამოიწვევს.

მოლეკულური წონა ცოტა უფრო რთულია, ვიდრე მხოლოდ ატომის მასის შემუშავება, მაგრამ ყველაფერი რაც თქვენ გჭირდებათ გავაკეთოთ არის მოლეკულის ქიმიური ფორმულის დათვალიერება და ცალკეული ატომების მასების გაერთიანება და მათი პოვნა სულ მაგალითად, შეეცადეთ გამოთვალოთ ბენზოლის მასა, რომელსაც აქვს ქიმიური ფორმულა: C₆ჰ₆აღნიშნავენ, რომ ისინი ნახშირბადოვანი 12 ატომია და ეს წყალბადის ჩვეულებრივი იზოტოპია ვიდრე დეიტერიუმი ან ტრიტიუმი.

მთავარია შეამჩნიოთ, რომ თქვენ გაქვთ ექვსი ატომი ნახშირბად -12 და ექვსი წყალბადის, ამიტომ მოლეკულის მასა არის:

მოლეკულური წონის პოვნის პროცესი შეიძლება უფრო გართულდეს უფრო დიდი მოლეკულებისათვის, მაგრამ ის ყოველთვის მიჰყვება იგივე პროცესს.

ელემენტის საშუალო ატომური მასის პოვნა გულისხმობს ორივე ატომური მასის განხილვასდაკონკრეტული იზოტოპის ნათესავი სიმრავლე დედამიწაზე. ნახშირბადი ამის კარგი მაგალითია, რადგან დედამიწაზე ნახშირბადის 98.9 პროცენტი არის ნახშირბადი -12, ხოლო 1.1 პროცენტი ნახშირბადოვანია -13 დაძალიანმცირე პროცენტია ნახშირბადოვ-14, რომლის უგულებელყოფა შეიძლება უსაფრთხოდ.

ამის შემუშავების პროცესი საკმაოდ მარტივია: იზოტოპის პროპორციის გამრავლება იზოტოპის მასაზე amu- ში და შემდეგ დაამატეთ ორი ერთად. ნახშირბადი -12 ნახშირბადის ყველაზე გავრცელებული იზოტოპია, ამიტომ თქვენ ელით, რომ შედეგი ძალიან ახლოს იქნება 12 amu- ს. გაითვალისწინეთ, რომ პროცენტული ათწილადებში გადააკეთეთ (გაყავით 100-ზე) და გამოხვალთ სწორი პასუხით:

ეს შედეგი არის ზუსტად ის, რასაც პერიოდულ ცხრილში ნახავთ, სადაც ჩამოთვლილია საშუალო ატომური მასა და არა ყველაზე გავრცელებული იზოტოპის მასა.