Когда вы смотрите на атомную массу элемента, скажем углерода, вы переходите к периодической таблице и смотрите под символом элемента. Это фактически средняя атомная масса элемента. Но в среднем из чего?
Большинство природных элементов имеют более одного изотопа. Изотопы элемента имеют разные массы, потому что они содержат разное количество нейтронов. При измерении атомной массы ученые останавливаются на использовании в среднем масса встречающейся в природе смеси изотопов.
Расчет средней атомной массы
Взгляните на углерод: естественное содержание углерода-12 и углерода-13 составляет 98,90% и 1,10% соответственно. Атомная масса углерода-12 составляет 12,00000 а.е.м. (атомная единица массы), а атомная масса углерода-13 составляет 13,00335 а.е.м.
Чтобы вычислить среднюю атомную массу, необходимо сначала перевести процентное содержание в десятичные дроби. Это означает, что при сложении содержания должны равняться единице. Чтобы преобразовать процентное содержание в десятичную дробь, разделите на 100.
Относительное содержание углерода-12 составляет 0,9890, а относительное содержание углерода-13 составляет 0,0110.
Затем вы умножаете дробное содержание на массу и складываете их вместе.
Так,
Средняя атомная масса углерода составляет 12,01 а.е.м. Это число указано в таблице Менделеева. Имеет смысл, что средняя атомная масса ближе к 12, поскольку относительное содержание углерода-12 намного больше, чем углерода-13.
Формула средней атомной массы
Вышеописанный процесс можно обобщить следующей формулой:
Здесь, м - масса конкретного изотопа, а ж - дробная численность. Пока все значения ж сложите до одного, все готово. Это хорошая проверка, чтобы убедиться, что вы делаете математику правильно.
Взгляните на этот пример расчета средней атомной массы магния. В таблице ниже содержится информация об изотопе, массе и содержании.
| Изотоп | Масса | Избыток |
|---|---|---|
24Mg |
23.98504 |
78.99% |
25Mg |
24.98583 |
10.00% |
26Mg |
25.98259 |
11.01% |
Вы можете использовать приведенную выше формулу, чтобы найти среднюю атомную массу.
Начните с преобразования процентов в дробную численность, разделив каждое число на 100. После этого таблица будет выглядеть следующим образом:
| Изотоп | Масса | Дробное изобилие |
|---|---|---|
24Mg |
23.98504 |
0.7899 |
25Mg |
24.98583 |
0.1000 |
26Mg |
25.98259 |
0.1101 |
Чтобы убедиться, что вы правильно выполнили математические расчеты и значения, которые у вас есть, верны, рекомендуется убедиться, что все дробные содержания в сумме равны единице.
Хорошо, в сумме получается один. Вы можете продолжить расчет.
Затем вы можете подставить массу и соответствующее относительное содержание в уравнение, описанное выше:
Ввод значений из таблицы дает:
Вместе это означает, что средняя атомная масса Mg составляет:
Очень важно отметить, что, хотя средняя атомная масса магния составляет 24,31 а.е.м., а средняя атомная масса углерода составляет 12,01 а.е.м., это не масса отдельного атома. Например, если вы собираетесь взять индивидуальный атом углерода (представьте, что это возможно!), тогда это будет либо 12.00 а.е.м., либо 13.000335 а.е.м. Было бы нет быть 12.01 а.е.м.
Таким же образом, когда вы берете любой отдельный атом магния, это будет 23,98504 а.е.м., 24,98583 а.е.м. или 25,98259 а.е.м. Средняя атомная масса - это просто способ для ученых определить стабильные изотопы элемента, существующие на Земле. Он не обозначает массу отдельного атома, если этот элемент не имеет только один стабильный изотоп.