Kiedy sprawdzasz masę atomową pierwiastka, powiedzmy węgla, przechodzisz do układu okresowego pierwiastków i patrzysz pod symbol pierwiastka. Ta wartość jest w rzeczywistości średnią masą atomową pierwiastka. Ale średnia czego?
Większość naturalnie występujących pierwiastków ma więcej niż jeden izotop. Izotopy pierwiastka mają różne masy, ponieważ zawierają różną liczbę neutronów. Podczas pomiaru masy atomowej naukowcy decydują się na użycie using średni masa naturalnie występującej mieszaniny izotopów.
Obliczanie średniej masy atomowej
Spójrz na węgiel: naturalna zawartość węgla-12 i węgla-13 wynosi odpowiednio 98,90% i 1,10%. Masa atomowa węgla-12 wynosi 12 000 000 amu (jednostka masy atomowej), podczas gdy masa atomowa węgla 13 wynosi 13,00335 amu.
Aby obliczyć średnią masę atomową, procentową obfitość należy najpierw przeliczyć na ułamki dziesiętne. Oznacza to, że po zsumowaniu obfitości muszą być równe jedności. Aby przeliczyć procent obfitości na ułamek dziesiętny, podziel przez 100.
Ułamkowa zawartość węgla-12 wynosi 0,9890, a frakcyjna zawartość węgla-13 wynosi 0,0110.
Następnie mnożysz ułamkową obfitość przez masę i dodajesz je razem.
Więc,
Średnia masa atomowa węgla to 12,01 amu. Jest to liczba podana w układzie okresowym. Ma sens, że średnia masa atomowa jest bliższa 12, ponieważ ułamkowa zawartość węgla-12 jest znacznie większa niż węgla-13.
Formuła średniej masy atomowej
Powyższy proces można uogólnić za pomocą następującego wzoru:
Tutaj, m jest masą określonego izotopu, a fa to ułamkowa obfitość. Dopóki wszystkie wartości fa dodać do jednego, dobrze jest iść. Jest to dobry sprawdzian, aby upewnić się, że poprawnie wykonujesz obliczenia.
Spójrz na ten przykład obliczania średniej masy atomowej magnezu. Poniższa tabela zawiera informacje o izotopie, masie i liczebności.
| Izotop | Masa | Obfitość |
|---|---|---|
24Mg |
23.98504 |
78.99% |
25Mg |
24.98583 |
10.00% |
26Mg |
25.98259 |
11.01% |
Możesz skorzystać z powyższego wzoru, aby znaleźć średnią masę atomową.
Zacznij od przeliczenia wartości procentowych na ułamkową obfitość, dzieląc każdą liczbę przez 100. Po wykonaniu tej czynności tabela wygląda następująco:
| Izotop | Masa | Ułamkowa obfitość |
|---|---|---|
24Mg |
23.98504 |
0.7899 |
25Mg |
24.98583 |
0.1000 |
26Mg |
25.98259 |
0.1101 |
Aby upewnić się, że wykonałeś matematykę poprawnie i że wartości, które masz, są poprawne, dobrym pomysłem jest upewnienie się, że wszystkie ułamkowe obfitości sumują się do jednego.
Dobrze, sumuje się do jednego. Możesz kontynuować obliczenia.
Następnie możesz wprowadzić masę i odpowiednią obfitość ułamkową do równania opisanego powyżej:
Wpisanie wartości z tabeli daje:
Razem oznacza to, że średnia masa atomowa Mg wynosi:
Bardzo ważne jest, aby pamiętać, że chociaż średnia masa atomowa magnezu wynosi 24,31 amu, a średnia masa atomowa węgla to 12,01 amu, nie jest to masa pojedynczego atomu. Na przykład, jeśli miałbyś odebrać indywidualny atom węgla (udawajcie, że to możliwe!), to będzie to 12.00 amu lub 13.000335 amu. Byłoby nie być 12.01 rano.
W ten sam sposób, gdy weźmiesz dowolny pojedynczy atom magnezu, będzie to albo 23,98504 amu, 24,98583 amu lub 25,98259 amu. Średnia masa atomowa jest dla naukowców po prostu sposobem na wyjaśnienie stabilnych izotopów pierwiastka istniejącego na Ziemi. Nie oznacza masy pojedynczego atomu, chyba że ten pierwiastek ma tylko jeden stabilny izotop.