Ena najpogostejših nalog, ki jo boste morali opraviti kot nadobudni znanstvenik, ki zna delati s podatki, je razumevanje koncepta povprečja. Pogosto boste naleteli na vzorec podobnih predmetov, ki se razlikujejo glede na posamezno značilnost, ki jo preučujete, na primer maso.
Morda boste morali celo izračunati povprečno maso skupine predmetov, ki jih ne morete tehtati neposredno, na primer atomov.
Večina od 92 atomov, ki se pojavljajo v naravi, je v dveh ali več nekoliko različnih oblikah, imenovanih izotopi. Izotopi istega elementa se med seboj razlikujejo le po številu nevtronov, ki jih vsebujejo njihova jedra.
Koristno je uporabiti vsa ta načela skupaj, da ugotovimo povprečno maso selekcije atomov, pridobljenih iz znanega nabora različnih izotopov.
Kaj so atomi?
Atomi so najmanjša posamezna enota elementa, sestavljena iz vseh lastnosti tega elementa. Atomi so sestavljeni iz jedra, ki vsebuje protone in nevtrone, ki ga krožijo skoraj brezmasni elektroni.
Protoni in nevtroni tehtajo približno enako kot drug drugega. Vsak proton vsebuje pozitiven električni naboj, ki je enak velikosti in je po znaku nasproten elektronu (negativni), medtem ko nevtroni nimajo neto naboja.
Za atome je značilno predvsem njihovo atomsko število, ki je le število protonov v atomu. Z dodajanjem ali odštevanjem elektronov nastane nabit atom, imenovan ion, medtem ko spreminjanje števila nevtronov ustvari zadevni izotop atoma in s tem elementa.
Izotopi in masno število
Masno število atoma je število protonov in nevtronov, ki jih ima. Krom (Cr) ima na primer 24 protonov (s čimer element definiramo kot krom) in v svoji najbolj stabilni obliki - torej izotopu, ki se najpogosteje pojavlja v naravi - ima 28 nevtronov. Njegovo masno število je tako 52.
Izotopi elementa so določeni z masnim številom, ko so zapisani. Tako je izotop ogljika s 6 protoni in 6 nevtroni ogljik-12, medtem ko je težji izotop z enim dodatnim nevtronom ogljik-13.
Večina elementov se pojavlja kot mešanica izotopov, pri čemer eden bistveno prevladuje nad drugimi v smislu "priljubljenosti". Na primer, 99,76 odstotka naravnega kisika je kisik-16. Vendar nekateri elementi, kot sta klor in baker, kažejo širšo porazdelitev izotopov.
Formula povprečne mase
Matematično povprečje je preprosto vsota vseh posameznih rezultatov v vzorcu, deljena s skupnim številom elementov v vzorcu. Na primer, v razredu s petimi učenci, ki so dosegli ocene 3, 4, 5, 2 in 5, je povprečje razredov na kvizu
\ frac {3 + 4 + 5 + 2 + 5} {5} = 3,8
Enačbo povprečne mase lahko zapišemo na več načinov, v nekaterih primerih pa boste morali poznati značilnosti, povezane s povprečjem, na primer standardni odklon. Za zdaj se osredotočite le na osnovno definicijo.
Uteženo povprečje in izotopi
Poznavanje relativnega deleža vsakega izotopa določenega elementa, ki se pojavlja v naravi, vam omogoča izračunatomska masatega elementa, ki pa, ker je povprečje, ni masa katerega koli atoma, temveč število, ki je med najtežjimi in najlažjimi prisotnimi izotopi.
Če bi bili vsi izotopi prisotni v enaki količini, lahko preprosto seštejete maso vsake vrste izotopov in delite s številom različnih vrst prisotnih izotopov (običajno dva ali tri).
Povprečna atomska masa, podana v atomskih masnih enotah (amu), je vedno podobna masnemu številu, vendar ni celo število.
Povprečna atomska masa: primer
Klor-35 ima atomsko maso 34,969 amu in predstavlja 75,77% klora na Zemlji.
Klor-37 ima atomsko maso 36,966 amu in odstotno obilnost 24,23%.
Če želite izračunati povprečno atomsko maso klora, s pomočjo informacij v periodnem sistemu elementa (glejte Viri) poiščite (tehtano) povprečje, vendar spremenite odstotke v decimalke:
(34,969 \ krat 0,7577) + (36,966 \ krat 0,2423) = 35,45 \ besedilo {amu}