Uma das tarefas comuns que você terá que realizar como um cientista iniciante que é capaz de trabalhar com dados é entender o conceito de média. Freqüentemente, você encontrará uma amostra de objetos semelhantes que diferem de acordo com uma única característica que você está estudando, como a massa.
Você pode até ter que calcular a massa média de um grupo de objetos que você não pode pesar diretamente, como átomos.
A maioria dos 92 átomos que ocorrem na natureza vêm em duas ou mais formas ligeiramente diferentes, chamadas de isótopos. Os isótopos do mesmo elemento diferem uns dos outros apenas no número de nêutrons contidos em seus núcleos.
Pode ser útil aplicar todos esses princípios juntos para chegar à massa média de uma seleção de átomos extraída de um conjunto conhecido de isótopos diferentes.
O que são átomos?
Os átomos são a menor unidade individual de um elemento que consiste em todas as propriedades desse elemento. Os átomos consistem em um núcleo contendo prótons e nêutrons orbitado por elétrons quase sem massa.
Prótons e nêutrons têm o mesmo peso. Cada próton contém uma carga elétrica positiva igual em magnitude e de sinal oposto à de um elétron (negativa), enquanto os nêutrons não carregam nenhuma carga líquida.
Os átomos são caracterizados principalmente por seu número atômico, que é apenas o número de prótons no átomo. Adicionar ou subtrair elétrons cria um átomo carregado chamado íon, enquanto alterar o número de nêutrons cria um isótopo do átomo e, portanto, do elemento em questão.
Isótopos e número de massa
O número de massa de um átomo é o número de prótons mais nêutrons que possui. O cromo (Cr), por exemplo, tem 24 prótons (definindo assim o elemento como cromo) e em sua forma mais estável - ou seja, o isótopo que mais aparece na natureza - tem 28 nêutrons. Seu número de massa é, portanto, 52.
Os isótopos de um elemento são especificados por seu número de massa quando escritos. Assim, o isótopo de carbono com 6 prótons e 6 nêutrons é o carbono-12, enquanto o isótopo mais pesado com um nêutron adicional é o carbono-13.
A maioria dos elementos ocorre como uma mistura de isótopos, com um predominando significativamente sobre os outros em termos de "popularidade". Por exemplo, 99,76% do oxigênio natural é oxigênio-16. Alguns elementos, no entanto, como cloro e cobre, apresentam uma distribuição mais ampla de isótopos.
Fórmula de Massa Média
Uma média matemática é simplesmente a soma de todos os resultados individuais em uma amostra dividida pelo número total de itens em uma amostra. Por exemplo, em uma classe com cinco alunos que alcançaram pontuações de 3, 4, 5, 2 e 5 no questionário, a média da classe no questionário seria
\ frac {3 + 4 + 5 + 2 + 5} {5} = 3,8
A equação da massa média pode ser escrita de várias maneiras e, em alguns casos, você precisará conhecer os recursos relacionados à média, como o desvio padrão. Por enquanto, concentre-se apenas na definição básica.
Média Ponderada e Isótopos
Saber a fração relativa de cada isótopo de um elemento específico que ocorre na natureza permite calcular omassa atômicadesse elemento, que, por ser uma média, não é a massa de qualquer átomo, mas um número que está entre os isótopos mais pesados e mais leves presentes.
Se todos os isótopos estivessem presentes na mesma quantidade, você poderia simplesmente somar a massa de cada tipo de isótopo e dividir pelo número de diferentes tipos de isótopos presentes (geralmente dois ou três).
A massa atômica média, dada em unidades de massa atômica (amu), é sempre semelhante ao número de massa, mas não é um número inteiro.
Massa Atômica Média: Exemplo
O cloro-35 tem massa atômica de 34,969 amu e é responsável por 75,77% do cloro na Terra.
O cloro-37 tem uma massa atômica de 36,966 uma e uma abundância percentual de 24,23%.
Para calcular a massa atômica média do cloro, use as informações em uma tabela periódica do elemento (consulte Recursos) para encontrar a média (ponderada), mas alterando as porcentagens para decimais:
(34,969 \ vezes 0,7577) + (36,966 \ vezes 0,2423) = 35,45 \ texto {amu}