Меню

Как найти атомную массу в физике



Как рассчитать атомную массу

Вас могут попросить вычислить атомную массу в химии или физике. Есть несколько способов найти атомную массу. Какой метод вы используете, зависит от предоставленной вам информации. Во-первых, неплохо понять, что именно означает атомная масса.

Что такое атомная масса?

Атомная масса – это сумма масс протонов, нейтронов и электронов в атоме или средняя масса в группе атомов. Однако масса электронов намного меньше массы протонов и нейтронов, поэтому они не учитываются при расчетах. Итак, атомная масса – это сумма масс протонов и нейтронов. Есть три способа найти атомную массу, в зависимости от вашей ситуации. Какой из них использовать, зависит от того, есть ли у вас один атом, естественный образец элемента или просто нужно знать стандартное значение.

3 способа Найти атомную массу

Метод, используемый для определения атомной массы, зависит от того, смотрите ли вы на отдельный атом, на природный образец или образец, содержащий известное соотношение изотопов:

1) Найдите атомную массу в Периодической таблице.

Если это ваше первое знакомство с химией, ваш инструктор попросит вас научиться использовать периодическую таблицу для определения атомной массы (атомной массы) элемента. Этот номер обычно указывается под символом элемента. Найдите десятичное число, которое представляет собой средневзвешенное значение атомных масс всех природных изотопов элемента.

Пример: если вас попросят указать Для определения атомной массы углерода сначала нужно узнать символ элемента C. Найдите C в периодической таблице. Одно число – это номер элемента углерода или атомный номер. Атомный номер увеличивается по мере того, как вы переходите через стол. Это не то значение, которое вам нужно. Атомная масса или атомный вес – это десятичное число. Количество значащих цифр варьируется в зависимости от таблицы, но значение составляет около 12,01.

Это значение на периодическая таблица дается в атомных единицах массы или а.е.м., но для химических расчетов вы обычно записываете атомную массу в граммах на моль или г/моль. Атомная масса углерода составляет 12,01 грамма на моль атомов углерода.

2) Сумма протонов и нейтронов для одного атома

Чтобы вычислить атомную массу отдельного атома элемента, сложите массу протонов и нейтронов.

Пример: найдите атомную массу изотопа углерода, который имеет 7 нейтронов. Из периодической таблицы видно, что углерод имеет атомный номер 6, что соответствует числу протонов. Атомная масса атома равна массе протонов плюс масса нейтронов, 6 + 7 или 13.

3 ) Средневзвешенное значение для всех атомов элемента

Атомная масса элемента – это средневзвешенное значение всех изотопов элемента на основе их естественных избыток. С помощью этих шагов легко вычислить атомную массу элемента.

Обычно в этих задачах вам предоставляется список изотопов с их массой. и их естественное содержание в виде десятичной дроби или процента.

  1. Умножьте массу каждого изотопа на его содержание. Если у вас процентное содержание, разделите ваш ответ на 100.
  2. Сложите эти значения вместе.

ответ – это общая атомная масса или атомный вес элемента.

Пример: вам дан образец, содержащий 98% углерода-12 и 2% углерода-13 . Какова относительная атомная масса элемента?

Сначала преобразуйте проценты в десятичные значения, разделив каждый процент на 100. Образец становится 0,98 углерода-12 и 0,02 углерода-13. (Совет: вы можете проверить свои математические расчеты, убедившись, что сумма десятичных знаков равна 1. 0,98 + 0,02 = 1,00).

Затем умножьте атомную массу каждый изотоп пропорцией элемента в образце:

0,98 x 12 = 11,76
0,02 x 13 = 0,26

Чтобы получить окончательный ответ, сложите их вместе:

Примечание для опытных пользователей: эта атомная масса немного выше, чем значение, указанное в периодической таблице для элемента углерода. Что это вам говорит? Образец, который вам дали для анализа, содержал больше углерода-13, чем в среднем. Вы знаете это, потому что ваша относительная атомная масса выше, чем значение в таблице Менделеева, хотя номер в таблице Менделеева включает более тяжелые изотопы, такие как углерод-14. Также обратите внимание, что числа, указанные в таблице Менделеева, относятся к земной коре/атмосфере и могут иметь мало отношения к ожидаемому соотношению изотопов в мантии, ядре или других мирах.

Со временем вы можете заметить, что значения атомной массы, перечисленные для каждого элемента в периодической таблице, могут немного измениться. Это происходит, когда ученые пересматривают расчетное соотношение изотопов в коре. В современных периодических таблицах иногда указывается диапазон значений, а не одна атомная масса.

Источник статьи: http://recture.ru/How/kak-rasschitat-atomnuyu-massu/

Учебники

Журнал «Квант»

Общие

Бронштейн М.П. Как был взвешен атом //Квант. — 1970. — № 2. — С. 26-35.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

Содержание

Предисловие

К концу прошлого века в физике и химии утвердилась, как тогда говорили, гипотеза об атомах и молекулах — мельчайших частицах, из которых составлены все тела окружающего нас мира. В химии атомная гипотеза позволила понять и очень удобно описывать химические реакции: всякая реакция — это просто соединение атомов в молекулы или, наоборот, разложение молекул на атомы или группы атомов. Из анализа состава различных молекул химики сумели выяснить, что атомы разных элементов обладают различными массами. Им даже удалось узнать, во сколько раз один атом тяжелее или легче другого; уже к началу второй половины XIX столетия были известны так называемые атомные веса всех открытых к тому времени химических элементов, то есть числа, показывающие, во сколько раз атом данного химического элемента тяжелее самого легкого из атомов — водорода. Знаменитый русский химик Д. И. Менделеев, расположив химические элементы в порядке возрастания атомных весов, показал в 1869 году, что они образуют определенную систему, в которой свойства элементов периодически повторяются (периодическая система). В физике гипотеза об атомах и молекулах играла не менее важную роль. Она позволила физикам составить себе ясное представление о множестве самых различных явлений. Она помогла понять, что такое тепло и холод, почему тела при нагревании расширяются, почему всякое вещество может быть твердым, жидким и газообразным и многое другое. Чтобы все это понять, нужно было только дополнительно предположить, что атомы и молекулы непрерывно и беспорядочно движутся и что между ними действуют силы притяжения и отталкивания. Но при всем этом атомы оставались только некоторым представлением в головах людей. Их не только никто не видел, потому что они очень малы, но никто не знал, насколько они малы, каковы массы атомов, сколько атомов в том или ином теле. Нельзя сказать, чтобы не делались попытки все это как-то узнать. Но эти попытки не приводили к убедительным результатам. У некоторых ученых появилась даже уверенность в том, что об атомах и молекулах ничего и нельзя будет узнать, потому что их на самом деле не существует. Эти ученые полагали, что атомы — это нечто вроде меридианов и параллелей на географической карте: ими удобно пользоваться, но реально в природе их нет. Физики, однако, не теряли надежду доказать реальность атомов и молекул, взвесить их, сосчитать их число, определить их размеры.

В предлагаемом отрывке из книги выдающегося советского физика-теоретика Матвея Петровича Бронштейна «Атомы, электроны, ядра» рассказывается о том, как впервые удалось измерить массу атомов и даже сосчитать их. Эта книга, изданная в 1935 году небольшим тиражом (всего 10 000 экземпляров), давно уже стала библиографической редкостью.

Публикацию подготовил профессор А.К. Кикоин. Сделанные им добавления взяты в прямые скобки.

Как был взвешен атом

. И в конце концов атом действительно удалось взвесить. Этому помогло одно очень странное явление, открытое еще в первой половине XIX века и на которое физики в свое время не обратили должного внимания. Это явление называется брауновским движением.

В 1828 году знаменитый английский ботаник Роберт Браун проделал одно в высшей степени интересное наблюдение. Испытывая только что присланный ему новый усовершенствованный микроскоп с ахроматическим объективом, Роберт Браун вздумал рассмотреть с помощью этого микроскопа ничтожную каплю жидкости, содержащуюся в крохотных зернышках пыльцы растений. В такой жидкости всегда имеется большее количество микроскопических твердых частиц. Как удивлен был Браун, когда увидел, что эти частицы не остаются на месте, а движутся, движутся непрерывно, точно исполняя какой-то фантастический танец! Когда в поле зрения микроскопа было видно много таких частиц, то получалось такое же впечатление, как от тучи каких-то мельчайших мошек. Твердые частицы микроскопических размеров, находящиеся в жидкости, движутся, как если бы они были живыми. Но уже Роберт Браун, который первым наблюдал это хаотическое движение микроскопических частиц, получившее свое название от его имени, пришел к другому заключению: частицы движутся не потому, что они живые. Так утверждал Браун, и это было подтверждено многочисленными последующими наблюдениями.

Можно было бы думать, что брауновское движение микроскопических частиц вызывается какими-то потоками в самой жидкости, связанными с разностью давлений в различных точках жидкости. Всякому приходилось наблюдать движение пылинок в воздухе, освещенном падающими сбоку солнечными лучами. Это движение действительно связано с такими токами воздуха, но брауновское движение имеет совершенно другой характер. В самом деле, если внимательно наблюдать за движением пылинок в солнечном луче, то легко заметить, что соседние пылинки, попавшие в одну и ту же небольшую струю воздуха, движутся в одну и ту же сторону. А если наблюдать за брауновским движением микроскопических частиц, то оказывается, что между направлением движения соседних частиц нет решительно ничего общего: частицы движутся совершенно независимо друг от друга, даже если им случается подойти друг к другу на самое крохотное расстояние, равное диаметру отдельной частички. Значит, совсем не от токов жидкости происходит это непостижимое и фантастическое движение микроскопических твердых частичек.

Во второй половине XIX века брауновское движение подробно исследовал французский физик Гуи. Он проделал целый ряд опытов, которые убедили его в том, что причина брауновского движения скрыта в самой жидкости. Не от внутренних токов жидкости, вызванных ничтожными разностями температур, и не от внешних толчков и сотрясений происходит брауновское движение. Гуи пробовал сравнивать брауновское движение в лаборатории, расположенной на шумной улице, цо которой проезжают тяжелые экипажи, с тем же брауновским движением, наблюдаемым ночью в глухом подвале в деревне. Разницы не получалось никакой. Толчки от экипажей заметны, но они сказываются не на хаотическом движении брауновских частиц, а на движении всей капельки, жидкости в целом: двигаясь, как целое, капелька увлекает за собой все частицы в одном и том же направлении, и это движение очень легко отличить от накладывающегося на него хаотического движения брауновских частиц, происходящего по всем возможным направлениям.

Гуи убедительно доказал, что брауновское движение, как уже предполагал и сам Браун, нисколько не связано с тем, что жидкость, в которой оно наблюдается, взята из живого существа — из растения: искусственно приготовленные жидкости с взвешенными в них микроскопическими частицами, в которых нет ничего живого, тоже обнаруживают брауновское движение. В 1881 году польский физик Бодашевский показал, что брауновское движение происходит и в газах, а не только в жидкостях.

Для того чтобы наблюдать брауновское движение, он рассматривал при боковом освещении микроскопические частички, образующие табачный дым. Крохотные частички угля, из которых состоит дым, плясали во все стороны совершенно таким же образом, как плясали твердые частички, наблюдавшиеся Робертом Брауном в жидкости.

Настоящую причину брауновского движения угадал в 70-х годах прошлого столетия бельгиец Карбонель. Его объяснение, гениальное по своей простоте, состоит в следующем: микроскопические частицы движутся потому, что они испытывают толчки со стороны невидимых молекул и атомов окружающей их жидкости. Рассматривая движение брауновских частичек, мы получаем некоторое представление о том, как движутся невидимые молекулы жидкости, совершенно таким же образом, как мы угадываем о волнении на море, когда, стоя далеко от берега, видим качание лодки, швыряемой волнами во все стороны. Брауновское движение является поэтому мостом, соединяющим невидимый мир атомов и молекул с миром, доступным восприятию при помощи наших органов чувств.

Почему брауновское движение можно наблюдать только в том случае, когда частички очень малы? Очень просто, отвечает на этот вопрос Карбонель; если поверхность частицы велика, то количество толчков, получаемых ею справа, всегда окажется приблизительно равным количеству толчков, получаемых ею же слева, и ничтожное различие в количестве толчков будет совершенно недостаточно для того, чтобы сдвинуть с места большую и тяжелую частицу. Если же частица имеет ничтожную массу и ничтожные размеры, то в хаосе молекулярных движений жидкости всегда может случиться, что с одной стороны частицы будет в данный момент случайно больше толчков, чем с другой, а поэтому легкоподвижная частица двинется в ту сторону, куда ее толкнут молекулы. Через какой-то очень короткий промежуток времени избыток молекулярных толчков будет сдвигать брауновскую частицу уже по другому направлению, еще через какой-то короткий промежуток времени — по третьему и т. д.

Если это предложенное Карбонелем объяснение правильно, то чем частицы легче и мельче, тем брауновское движение должно быть интенсивнее. Так и есть в действительности — уже Браун сумел это заметить. Кроме того, ведь мы знаем, что движение молекул жидкости происходит тем быстрее, чем выше температура; и в самом деле, Гуи нашел, что при повышении температуры брауновское движение делается все интенсивнее и интенсивнее. Когда Жигмонди изобрел ультрамикроскоп и смог наблюдать ничтожнейшие частицы золота в коллоидном растворе (диаметр частиц меньше миллионной доли сантиметра), то брауновское движение этих частиц оказалось таким быстрым, что получилось какое-то сплошное мелькание. Жигмонди описывает свое первое впечатление так: «Это какое-то непрерывное прыганье, пляска, скакание, столкновения и разлетания, так что трудно разобраться в этой путанице».

Мы переходим теперь к рассказу о классических работах, которые сделал французский физик Жан Перрен (1908 г.). В этих работах было окончательно проверено и установлено,что брауновское движение в жидкостях вызвано движением молекул и тем самым дано решающее доказательство действительного существования молекул и атомов.

Перрен брал кусочки резиновой смолы «гуммигута» и растирал их рукой в воде, пока она не становилась ярко-желтого цвета. После этого Перрен брал немножко такой жидкости под микроскоп. Под микроскопом оказывалась, что гуммигут на самом деле не растворился в воде, а распался на множество шаровидных мелких зернышек, которые разбрелись по всему объему воды. Зернышки эти очень различны по размерам. А Перрену хотелось иметь такую жидкость, в которой были бы совершенно одинаковые по размерам частицы гуммигута. Для этого он воспользовался «центрифугой» (центробежной машиной), такой же самой, какой пользуются на крупных молочных фермах для отделения сливок от молока или же в медицинских лабораториях для удаления кровяных шариков из крови, после чего остается однородная жидкость — кровяная плазма. Центрифуга Перрена делала 2500 оборотов в минуту, и возникающая при этом центробежная сила выбрасывала из жидкости зернышки гуммигута. Перпендикулярно к оси центрифуги были расположены стеклянные пробирки, в которых содержалась эмульсия гуммигута (так называется вода с взвешенными в ней частичками гуммигута).

Первыми выпадали тяжелые частицы, а вслед за ними и легкие. Это давало возможность отделить частицы друг от друга по весу (а значит, и по размерам, потому что все частицы сделаны из одного и того же материала, и поэтому, чем больше их масса, тем больше и размеры).

Это очень кропотливая и тяжелая работа: приходится работать целый месяц для того, чтобы из одного килограмма гуммигута получить несколько десятых или даже сотых долей грамма круглых зерен нужной величины. Таким образом, Перрен сумел получить несколько порций эмульсии с диаметром зерен в 0,5, 0,46, 0,37, 0,21 и 0,14 микрона (микрон — это тысячная доля миллиметра).

С помощью таких эмульсий Жан Перрен произвел множество замечательных опытов, о которых мы здесь и расскажем. Он поместил каплю эмульсии с определенным диаметром зерен в плоскую ванночку (кюветку) с глубиной 0,1 мм. Кюветка была затем покрыта тонким покровным стеклышком, края которого были залиты парафином: таким образом, капля оказалась размазанной в сосуде, в котором она герметически заперта, так что никакое испарение уже невозможно.

Перрен сперва поставил свою кюветку набок и стал смотреть на нее в микроскоп. В поле зрения микроскопа оказалась тонкая вертикальная водяная стенка, внутри которой распределялись участвующие в брауновском движении зернышки гуммигута. Распределение зернышек сперва было однородным, но потом, с течением времени, распределение изменилось и в конце концов стало таким: очень много зернышек внизу, а по мере продвижения вверх их становится все меньше и меньше (см. рисунок). Число зернышек в одном кубическом микроне уменьшается с увеличением высоты и притом по некоторому вполне определенному закону.

Этот закон уменьшения плотности эмульсии с высотой Перрен захотел исследовать. Для этого он положил кюветку на дно, и после того как частицы расположились по высоте подобно тому, как в кювете, стоящей вертикально, стал смотреть на кюветку сверху в микроскоп, имевший очень маленькую глубину поля зрения: в микроскоп было видно все, что происходит в тонком слое глубиной в один микрон. Передвигая микроскоп вверх и вниз, можно было помещать этот слой то выше, то ниже. Перрен стал работать так: поставил микроскоп на какой-то высоте и начал считать, сколько зернышек виднеется в поле зрения на этой высоте, затем передвинул микроскоп на новую высоту и снова сосчитал число зернышек и т. д. Заметим, что при этом числом зернышек считается среднее из нескольких наблюдений, потому что зернышки движутся совершенно хаотически и, следовательно, их число в поле зрения микроскопа бывает то больше, то меньше в зависимости от случая. Поэтому на одной и той же высоте Перрен производил подсчет зернышек много раз и затем уже вычислял значение, характерное для каждой такой высоты.

Приведем результаты одного из опытов Перрена. Глубина кюветки была, как мы уже говорили, 100 микрон (то есть 0,1 мм). Отсчеты производились на высотах 5, 35, 65 и 95 микрон над уровнем донышка кюветки. Оказалось, что среднее число частиц на высоте 35 микрон составляет половину того, которое было на высоте 5 микрон, число частиц на высоте 65 микрон было равно половине числа частиц на высоте 35 микрон, а число частиц на высоте 95 микрон равнялось половине числа частиц на высоте 65 микрон. Иными словами, при поднятии вверх на каждые 30 микрон число частиц в данном объеме (соответствующем глубине и ширине выбранного поля зрения) уменьшалось вдвое. Поэтому математический закон убывания плотности (числа частиц в данном объеме, а значит, и в каждой единице объема) с высотой может быть словами выражен так: если высоты образуют арифметическую прогрессию, то числа зерен образуют геометрическую прогрессию.

Такой закон убывания плотности зерен с высотой должен был сильно поразить и заинтересовать Перрена: ведь по такому же самому закону спадает плотность при поднятии в нашей атмосфере. Блэз Паскаль, знаменитый французский ученый, живший в XVII столетии и впервые применивший к изучению атмосферы барометр, изобретенный итальянцем Торричелли, обнаружил закон, по которому спадает с увеличением высоты плотность атмосферного воздуха. Этот закон, получивший название барометрической формулы, гласит то же самое: плотность каждого из газов, составляющих атмосферу, убывает вместе с увеличением высоты в геометрической прогрессии.

[Закон этот можно выразить и математически, в виде формулы.

Предположим, что на какой-то высоте h0 над Землей в каждом кубическом сантиметре содержится n0 молекул какого-то газа. На какой-то другой, большей высоте h таких же молекул в одном кубическом сантиметре будет, конечно, меньше, например n. Тогда барометрическая формула может быть записана в таком виде:

Здесь А — это некоторая постоянная величина, одинаковая для всех газов (при данной температуре), а m — масса молекулы того газа, о котором идет речь, g — ускорение силы тяжести.

Сразу видно, что в левой части равенства стоит отношение чисел частиц в единице объема (правда, под знаком логарифма), а в правой — разность высот. Это и означает, что если высоты образуют арифметическую прогрессию, то числа частиц образуют прогрессию геометрическую.

Выберем такую разность высот hh0, чтобы число частиц n на высоте h было вдвое меньше числа частиц n0 на высоте h0. Тогда формула (1) примет вид

В таблице логарифмов легко найти, что lg 2 = 0,30103, так что

Если бы было известно численное значение постоянной А, то, подсчитав число частиц в единице объема n и n0 на высотах h и h0, легко было бы вычислить и массу молекулы m, то есть взвесить ее. Правда, сосчитать молекулы мы тоже не можем, но ведь нам и не надо знать каждое из чисел n и n0 в отдельности. Нужно знать только их отношение. А его легко найти, если измерить барометром давления на высотах h и h0: отношение давлений как раз и равно отношению чисел частиц в единице объема. Но дело в том, что величина А во времена Перрена не была известна (именно опыты Перрена и позволили определить ее). Поэтому Перрен мог рассуждать так: известно, например, что] при поднятии на 5 км количество кислорода, находящегося в кубическом сантиметре, уменьшается вдвое; при поднятии на следующие 5 км оно уменьшается еще вдвое и т. д. и т. д. Это — тот же закон, по которому уменьшается с высотой число зернышек гуммигута в кубическом сантиметре эмульсии, но только здесь иные масштабы — вместо 30 микрон здесь мы имеем 5 км. Отчего же здесь получаются другие масштабы?

Слой гуммигутовой эмульсии в 100 микрон — это, в сущности, такая .же атмосфера, но только состоящая не из молекул кислорода или азота, а из зернышек гуммигута, которые уже достаточно велики, чтобы их можно было видеть в микроскоп. Вследствие большей массы этих зернышек (по сравнению с молекулами газа) уменьшение плотности с высотой происходит быстрее, чем в обыкновенной атмосфере, окружающей нашу Землю, а именно (в случае гуммигутовых зернышек диаметром 0,21 микрона) плотность уменьшается вдвое при поднятии на 30 микрон. «Эмульсия,— говорит Перрен, — это атмосфера в миниатюре, тяготеющая к Земле. В масштабе такой атмосферы высота Альп представилась бы несколькими микронами, а отдельные холмы стали бы равны молекулам». Для нас всего важнее, что молекулы этой миниатюрной «атмосферы» — зернышки гуммигута — могут быть взвешены, а это . позволяет вычислить и массу молекул обыкновенного газа. Так Перрен сумел сделать то, что казалось совершенно невозможным, — взвесить молекулы и атомы.

[Из формулы (3) видно, что произведение массы молекулы m на разность высот, между которыми число молекул в единице объема изменяется вдвое, во всех случаях (то есть для любых частиц) равно одной и той же величине (

Поэтому, если для гуммигутовых зерен разность высот меньше, чем для кислорода в атмосфере, то это потому, что масса гуммигутового зернышка больше массы молекулы кислорода и как раз во столько раз, во сколько раз 5 км больше, чем 30 микрон.]

Проделаем нехитрый расчет. 5 км в 166 миллионов раз больше, чем 30 микрон. Значит, масса гуммигутового зернышка с диаметром 0,21 микрона превышает массу кислородной молекулы в 166 миллионов раз.

Сколько же весит такой гуммигутовый шарик? Это нетрудно рассчитать, если измерить предварительно массу кубического сантиметра гуммигута. При этом расчете не следует забывать, что в опытах Перрена зернышки гуммигута находились в воде, а значит, по закону Архимеда каждый кубический сантиметр гуммигута терял в весе ровно столько, сколько весит кубический сантиметр воды, то есть 1 г. Значит, каждый кубический сантиметр гуммигута был в воде на один грамм легче, чем в воздухе. В результате всех расчетов (которые мы пропускаем) получается, что масса зернышка (с поправкой на закон Архимеда) была равна 8,5·10 -15 г. И она в 166 миллионов раз больше массы молекулы кислорода. Значит, масса молекулы кислорода равна 5,1·10 -23 г. А так как молекула кислорода в 32 раза тяжелее атома водорода (молекулярный вес кислорода равен 32), то масса атома водорода — этого самого легкого из всех атомов — равна 1,6·10 -24 г. В грамме водорода содержится, следовательно, 6·10 23 атомов.

[Так атомы и молекулы были не только взвешены, но и сосчитаны!]

Эти цифры, найденные Перреном, позволили связать употреблявшуюся в то время единицу атомного веса — массу атома водорода — с граммом. Масса атома водорода, выраженная в граммах, получилась настолько ничтожной, что ее никак невозможно себе представить, тем не менее она получилась вполне определенной. Атом был взвешен. Важнейшая задача атомной физики была решена.

[Заметим здесь, что цифры, полученные Перреном, конечно, не очень точны. Впоследствии были найдены другие способы определения масс атомов и молекул, и теперь мы располагаем более правильными значениями масс. По современным данным масса атома водорода, например, равна 1,673·10 -24 г, а молекулы кислорода — 5,314·10 -23 г. Как видите, эти цифры не так уж сильно отличаются от тех, что впервые были получены Перреном.]

Вот какой результат получил Перрен, изучая распределение зернышек гуммигута в гуммигутовой эмульсии в зависимости от высоты. Но всего любопытнее то обстоятельство, что точно такой же результат был выведен с помощью тех же гуммигутовых шариков, но совершенно иным путем, о котором мы также скажем несколько слов.

Брауновское движение в гуммигутовой эмульсии совершается необыкновенно быстро. Нет никакой возможности проследить за движением отдельного гуммигутового зернышка. Поэтому Перрен и не пытался этого делать, а поступал следующим образом: он отмечал на чертеже положение гуммигутового зернышка через определенные промежутки времени, например через каждые 30 секунд, и полученные точки соединял прямыми линиями (хотя на самом деле гуммигутовое зернышко за это время двигалось не по прямой, а по причудливой ломаной линии). Полученные рисунки дают возможность судить о беспорядочности, хаотичности брауновского движения вообще. Но Перрен делал эти рисунки не только для того, чтобы получить наглядную иллюстрацию к брауновскому движению. Его интересовала количественная сторона дела. Знаменитый Альберт Эйнштейн, который был тогда еще молодым человеком, написал (в 1905 — 1906 годах) замечательные работы, где он вывел формулу, определяющую для заданного промежутка времени среднее смещение гуммигутового зернышка относительно его первоначального положения в жидкости. Мы не станем здесь приводить эту замечательную формулу, заметим только, что в эту формулу входит величина, равная числу атомов водорода в одном грамме. Поэтому, сравнивая формулу Эйнштейна с рисунками Перрена, определяющими перемещение частицы за 30 секунд, можно вычислить эту величину. Так и сделал Перрен, и у него получилось, что число атомов водорода в одном грамме равно 6·10 23 , то есть получилось такое же число, как и раньше.

Совпадение двух чисел, которые были получены совершенно различными способами, является лучшим доказательством правильности всех сделанных предположений. Значит; молекулы и атомы действительно существуют, а не только являются удобной для химиков выдумкой. Такое заключение вынуждены были сделать даже те, которые долго и упорно не хотели признавать существования атомов.

. Вековой спор между сторонниками и противниками атомов закончился, таким образом, победой сторонников атомной теории. И в настоящее время мы можем с уверенностью утверждать, что все вещи на свете — и вода, и камни, и растения, и животные, и воздух, и железо и т. д. и т. д.— все это состоит из мельчайших невидимых глазу атомов.

Задачи к статье

  1. Пользуясь приведенными в статье данными, найдите, на какой высоте давление уменьшается вдвое. Воздух легче кислорода в отношении 28,8 : 32.
  2. P0 — давление воздуха на уровне моря, P1 — на высоте h. Каково давление воздуха на высотах: 2h, 3h, nh? Считать, что температура воздуха и ускорение свободного падения не меняются с высотой, и поэтому постоянная А не зависит от высоты.
  3. Найдите высоту над поверхностью Земли, где давление воздуха равно 0,25 и 0,125 атмосферного. Постройте кривую зависимости давления воздуха от высоты.

Ответы

P_3 = P_2 left( frac right) P_1 left( frac right)^2) , (

P_n = P_1 left( fracright)^) .

  • 11,1 км; 16,65 км. Удобно воспользоваться результатом задачи 1. Давление пропорционально плотности воздуха.
  • Примечания

    n = n_0 left( frac 1q right)^), где (

    frac 1q) — знаменатель прогрессии, которую составляет плотность газа (q > 1). Из этих двух формул, исключив k, мы найдем, что (

    Аналогичную формулу можно записать и для другого газа; величины, относящиеся к нему, мы снабдим штрихом:

    Очень важным оказывается то обстоятельство, что, если плотности первого и второго газов уменьшились в одно и то же число раз, то есть (

    frac = frac), то отношение разностей высот, при которых это произошло, (

    frac) в точности равно обратному отношению масс молекул этих газов:

    Разделим почленно уравнение (*) на уравнение (**):

    lg q sim Delta h m). Это дает возможность записать, что

    где A1 — это некоторая постоянная величина, не зависящая от величины шага и одинаковая для всех газов (при данной температуре).

    Теперь барометрическую формулу (*) мы можем записать в таком виде:

    Источник статьи: http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._%D0%9A%D0%B0%D0%BA_%D0%B1%D1%8B%D0%BB_%D0%B2%D0%B7%D0%B2%D0%B5%D1%88%D0%B5%D0%BD_%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BC

    АТОМНАЯ МАССА

    АТОМНАЯ МАССА. Понятие об этой величине претерпевало длительные изменения в соответствии с изменением представления об атомах. Согласно теории Дальтона (1803), все атомы одного и того же химического элемента идентичны и его атомная масса – это число, равное отношению их массы к массе атома некоего стандартного элемента. Однако примерно к 1920 стало ясно, что элементы, встречающиеся в природе, бывают двух типов: одни действительно представлены идентичными атомами, а у других атомы имеют одинаковый заряд ядра, но разную массу; такие разновидности атомов были названы изотопами. Определение Дальтона, таким образом, справедливо только для элементов первого типа. Атомная масса элемента, представленного несколькими изотопами, есть средняя величина из массовых чисел всех его изотопов, взятых в процентном отношении, отвечающем их распространенности в природе.

    В 19 в. в качестве стандарта при определении атомных масс химики использовали водород или кислород. В 1904 за стандарт была принята 1/16 средней массы атома природного кислорода (кислородная единица) и соответствующая шкала получила название химической. Масс-спектрографическое определение атомных масс проводилось на основе 1/16 массы изотопа 16 О, и соответствующая шкала называлась физической. В 1920-х годах было установлено, что природный кислород состоит из смеси трех изотопов: 16 О, 17 О и 18 О. В связи с этим возникли две проблемы. Во-первых, оказалось, что относительная распространенность природных изотопов кислорода немного варьирует, а значит, в основе химической шкалы лежит величина, не являющаяся абсолютной константой. Во-вторых, у физиков и химиков получались разные значения таких производных констант, как молярные объемы, число Авогадро и др. Решение вопроса было найдено в 1961, когда за атомную единицу массы (а.е.м.) была принята 1/12 массы изотопа углерода 12 С (углеродная единица). (1 а.е.м., или 1D (дальтон), в СИ-единицах массы составляет 1,66057Ч10 –27 кг.) Природный углерод также состоит из двух изотопов: 12 С – 99% и 13 С – 1%, но новые величины атомных масс элементов связаны только с первым из них. В результате была получена универсальная таблица относительных атомных масс. Изотоп 12 С оказался удобным и для физических измерений.

    МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

    Атомную массу можно определить либо физическими, либо химическими методами. Химические методы отличаются тем, что на одном из этапов в них фигурируют не сами атомы, а их комбинации.

    Химические методы.

    Согласно атомной теории, числа атомов элементов в соединениях относятся между собой как небольшие целые числа (закон кратных отношений, который открыт Дальтоном). Поэтому для соединения известного состава можно определить массу одного из элементов, зная массы всех других. В некоторых случаях массу соединения можно измерить непосредственно, но обычно ее находят косвенными методами. Рассмотрим оба этих подхода.

    Атомную массу Al недавно определили следующим образом. Известные количества Al были превращены в нитрат, сульфат или гидроксид и затем прокалены до оксида алюминия (Al2O3), количество которого точно определяли. Из соотношения между двумя известными массами и атомными массами алюминия и кислорода (15,9)

    нашли атомную массу Al. Однако прямым сравнением с атомной массой кислорода можно определить атомные массы лишь немногих элементов. Для большинства элементов их определяли косвенным путем, анализируя хлориды и бромиды. Во-первых, эти соединения для многих элементов можно получить в чистом виде, во-вторых, для их точных количественных определений в распоряжении химиков имеется чувствительный аналитический метод, основанный на сравнении их масс с массой серебра. Для этого точно определяют массу анализируемых соединений и массу серебра, необходимого для взаимодействия с ними. Атомную массу нужного элемента рассчитывают исходя из атомной массы серебра – эталонной величины в подобных определениях. Атомную массу серебра (107,870) в углеродных единицах определяли косвенным химическим методом.

    Физические методы.

    В середине 20 в. существовал только один физический метод определения атомных масс, сегодня наиболее широко применяют четыре.

    Плотность газа.

    Самый первый физический метод основывался на определении плотности газа и на том, что в соответствии с законом Авогадро равные объемы газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул. Следовательно, если определенный объем чистого СО2 имеет массу, в 1,3753 большую, чем такой же объем кислорода в тех же условиях, то молекула СО2 должна быть в 1,3753 раза тяжелее молекулы кислорода (мол. масса О2 = 31,998), т.е. масса молекулы СО2 по химической шкале равна 44,008. Если из этой величины вычесть массу двух атомов кислорода, равную 31,998, мы получим атомную массу углерода – 12,01. Чтобы получить более точное значение, необходимо ввести ряд поправок, что усложняет этот метод. Тем не менее с его помощью были получены некоторые весьма ценные данные. Так, после открытия благородных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe) метод, основанный на измерении плотности, оказался единственно пригодным для определения их атомных масс.

    Масс-спектроскопия.

    Вскоре после Первой мировой войны Ф.Астон создал первый масс-спектроскоп для точного определения массовых чисел различных изотопов и тем самым открыл новую эру в истории определения атомных масс. Сегодня существует два основных типа масс-спектроскопов: масс-спектрометры и масс-спектрографы (последним является, например, прибор Астона). Масс-спектрограф предназначен для изучения поведения потока электрически заряженных атомов или молекул в сильном магнитном поле. Отклонение заряженных частиц в этом поле пропорционально отношению их масс к заряду, а регистрируют их в виде линий на фотопластинке. Сравнивая положения линий, отвечающих определенным частицам, с положением линии для элемента с известной атомной массой, можно с достаточной точностью определить атомную массу нужного элемента. Хорошей иллюстрацией метода является сравнение массы молекулы СН4 (метана) с массовым числом самого легкого изотопа кислорода 16 О. Одинаково заряженные ионы метана и 16 О одновременно впускают в камеру масс-спектрографа и регистрируют их положение на фотопластинке. Различие в положении их линий отвечает разности масс 0,036406 (по физической шкале). Это значительно более высокая точность, чем может дать любой химический метод.

    Если исследуемый элемент не имеет изотопов, то определение его атомной массы не составляет особого труда. В противном случае необходимо определить не только массу каждого изотопа, но и их относительное содержание в смеси. Эту величину не удается определить с достаточной точностью, что ограничивает применение масс-спектрографического метода для нахождения атомных масс изотопических элементов, особенно тяжелых. Недавно с помощью масс-спектрометрии удалось установить с высокой точностью относительное содержание двух изотопов серебра, 107 Ag и 109 Ag. Измерения были выполнены в Национальном бюро стандартов США. Используя эти новые данные и более ранние измерения масс изотопов серебра, уточнили значение атомной массы природного серебра. Теперь эта величина считается равной 107,8731 (химическая шкала).

    Ядерные реакции.

    Для определения атомных масс некоторых элементов можно использовать соотношение между массой и энергией, полученное Эйнштейном. Рассмотрим реакцию бомбардировки ядер 14 N быстрыми ядрами дейтерия с образованием изотопа 15 N и обычного водорода 1 Н:

    В результате реакции выделяется энергия Q = 8 615 000 эВ, которая в соответствии с уравнением Эйнштейна эквивалентна 0,00948 а.е.м. Значит, масса 14 N + 2 H превышает массу 15 N + 1 H на 0,00948 а.е.м., и если мы знаем массовые числа трех любых изотопов – участников реакции, то можем найти массу четвертого. Метод позволяет определить разность массовых чисел двух изотопов с большей точностью, чем масс-спектрографический.

    Рентгенография.

    Этим физическим методом можно определять атомные массы веществ, которые при обычной температуре образуют регулярную кристаллическую решетку. Метод основан на связи между атомной (или молекулярной) массой кристаллического вещества, его плотностью, числом Авогадро и неким коэффициентом, который определяют из расстояний между атомами в кристаллической решетке. Необходимо провести прецизионные измерения двух величин: постоянной решетки рентгенографическими методами и плотности методом пикнометрии. Применение метода ограничивается трудностями получения чистых совершенных кристаллов (без вакансий и дефектов любого рода).

    Уточнение атомных масс.

    Все измерения атомных масс, которые были выполнены более 20 лет назад, проводились химическими методами или методом, основанным на определении плотности газов. В последнее же время данные, получаемые масс-спектрометрическими и изотопными методами, совпадают с такой высокой точностью, что Международная комиссия по атомным массам решила скорректировать атомные массы 36 элементов, причем 18 из них не имеют изотопов.
    См. также АВОГАДРО ЧИСЛО.

    Кравцов В.А. Массы атомов и энергии связи. М., 1965
    Воронцова Е.Р. Атомный вес. М., 1984
    Эмсли Дж. Элементы (справочник). М., 1993

    Источник статьи: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/ATOMNAYA_MASSA.html

    Атомный вес: что это такое, как рассчитывается и примеры

  • Видео: Относительная атомная масса | Химия | TutorOnline

    Содержание

    В атомный вес — средняя масса атомов данного химического элемента. Он известен как атомная масса и используется как взаимозаменяемый, хотя буквально значение каждого из них разное.

    Термин «вес» в физике означает силу, действующую на гравитационное поле, выраженную в единицах силы, таких как ньютон. Однако с 1908 года используется термин «атомная масса», который сегодня более известен как относительная атомная масса; то есть они синонимы.

    Атомы настолько малы, многочисленны и различаются даже для одного и того же элемента, что непросто присвоить им физическую величину, например массу. Точно со временем выбор единицы, представляющей вес или атомную массу химического элемента, изменился.

    Первоначально в качестве атомной единицы массы была выбрана масса самого маленького атома — атома водорода (H). Позже его заменили на атомную единицу массы природного кислорода 1/16, а затем на его более легкий изотоп, 16 ИЛИ.

    С 1961 года из-за большого значения атома углерода (C) было решено относить атомный вес к его изотопу C-12. Кроме того, атом C является центральным или ключевым химическим элементом органической химии и биохимии.

    Что такое атомный вес?

    Атомный вес (AP) — это средний вес масс природных изотопов, составляющих химический элемент. Термин относится к относительной атомной массе, которой обладают атомы каждого из химических элементов.

    Как упоминалось в первом разделе, термин атомная масса традиционно используется, но на самом деле это атомная масса. С 1961 года на основе атома углерода-12 его значение 12 было принято за шкалу относительных атомных весов.

    Но какова же тогда масса атома? Это сумма протонов и нейтронов, которые есть в атоме, при этом масса, вносимая электронами, незначительна. Атомная масса водорода (H), например, составляет 1,00974 Да, а магния (Mg) — 24,3050 Да.

    При сравнении это означает, что атомы Mg тяжелее атомов H: в 24 раза точнее. Когда требуются значения веса или атомной массы какого-либо химического элемента, их можно получить, обратившись к таблице Менделеева.

    Единицы

    Одна из первых единиц атомного веса, а.е.м., была выражена как 1/16 (0,0625) веса атома кислорода.

    Эта единица изменилась с открытием существования природных изотопов элемента в 1912 году; поэтому изотопы больше нельзя было игнорировать.

    В настоящее время стандартная единица атомной массы или дальтон составляет 1/12 веса атома изотопа 12 C. Это более стабильно и обильнее, чем 13 C и 14 С.

    Стандартизированная атомная единица массы — это масса нуклона (протона или нейтрона), равная 1 г / моль. Эта унификация или стандартизация была проведена с атомом C-12, которому присвоены 12 атомных единиц массы.

    Таким образом, относительный атомный вес или атомная масса в настоящее время может быть выражена в граммах на один моль атомов.

    Как рассчитывается атомный вес?

    Чтобы определить атомный вес, сначала необходимо вычислить атомную массу изотопа, которая является суммой количества протонов и нейтронов, имеющихся у определенного атома.

    Количество электронов в нем не учитывается, так как его масса ничтожна по сравнению с массой нейтронов и протонов.

    То же самое делается с каждым изотопом одного и того же элемента. Затем, зная их естественное содержание, рассчитывается средневзвешенная атомная масса всех изотопов путем сложения произведения m ∙ A (m = атомная масса, а A — содержание, деленное на 100).

    Например, предположим, что у вас есть кластер атомов железа, 93% из которых 56 Вера, а 5% — 54 Fe и оставшиеся 2% 57 Вера.Атомные массы уже отмечены в верхнем левом углу химических символов. Затем вычисляем:

    56 (0,93) + 54 (0,05) + 57 (0,02) = 55,92 г / моль атомов Fe

    В этом кластере железо имеет атомный вес 55,92. Но как насчет остальной части всей планеты Земля или остальной Вселенной? В кластере всего три изотопа, содержание которых меняется с учетом Земли, где изотопов будет больше и расчеты усложняются.

    Соображения

    Чтобы рассчитать атомный вес элементов, указанных в периодической таблице, необходимо принять во внимание следующее:

    -Изотопы, существующие в природе одного и того же химического элемента. Атомы одного и того же химического элемента с разным числом нейтронов являются изотопами этого химического элемента.

    -В образцах, полученных от каждого изотопа, учитывается атомная масса каждого из них.

    -Относительное содержание каждого из изотопов определенного элемента в образцах, встречающихся в природе, также имеет значение.

    -Можно найти значение атомной массы отдельного атома или присутствующего в естественном образце элемента. Или группы атомов в случае изотопов одного и того же элемента, определяя стандартный или средний атомный вес.

    -Для определения стандартной атомной массы химических элементов были рассмотрены один или несколько изотопов одного и того же элемента.

    -Есть некоторые химические элементы, такие как франций (Fr), которые не имеют стабильных изотопов и еще не имеют стандартизованного атомного веса.

    Примеры

    Посмотрев на периодическую таблицу химических элементов, можно узнать атомный вес химического элемента; то есть те, которые были рассчитаны с учетом всех стабильных изотопов (и по этой причине они обычно имеют много десятичных знаков).

    Там наблюдается, что атомный номер водорода (H) равен 1, что соответствует его числу протонов. Атомный вес H — наименьший из всех элементов, имеющий значение 1,00794 ± 0,00001 ед.

    Для бора его атомный вес был определен на основе двух изотопов, полученных в природе, и его значение находится в диапазоне от 10,806 до 10821.

    Не существует стандартного атомного веса для неприродных или синтетических элементов, не имеющих изотопов в природе; такие как вышеупомянутый случай франция (Fr), полония (Po), радона (Ra), среди других химических элементов.

    В этих случаях атомный вес ограничивается суммой количества протонов и нейтронов этого элемента.

    Значение атомного веса указано в скобках, что означает, что это не стандартизованный атомный вес. Даже значение стандартного атомного веса может измениться, если будет обнаружено больше изотопов определенного элемента.

    Источник статьи: http://ru1.warbletoncouncil.org/peso-atomico-10818

    Атомная масса

    А́томная ма́сса, относительная атомная масса (устаревшее название — атомный вес) — значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы. В настоящее время атомная единица массы принята равной 1/12 массы нейтрального атома наиболее распространённого изотопа углерода 12 C, поэтому атомная масса этого изотопа по определению равна точно 12. Разность между атомной массой изотопа и его массовым числом называется избытком массы (обычно его выражают в МэВ). Он может быть как положительным, так и отрицательным; причина его возникновения — нелинейная зависимость энергии связи ядер от числа протонов и нейтронов, а также различие в массах протона и нейтрона.

    Зависимость атомной массы изотопа от массового числа такова: избыток массы положителен у водорода-1, с ростом массового числа он уменьшается и становится отрицательным, пока не достигается минимум у железа-56, потом начинает расти и возрастает до положительных значений у тяжёлых нуклидов. Это соответствует тому, что деление ядер, более тяжёлых, чем железо, высвобождает энергию, тогда как деление лёгких ядер требует энергии. Напротив, слияние ядер легче железа высвобождает энергию, слияние же элементов тяжелее железа требует дополнительной энергии.

    Атомная масса химического элемента (также «средняя атомная масса», «стандартная атомная масса») является средневзвешенной атомной массой всех стабильных изотопов данного химического элемента с учётом их природной распространённости в земной коре и атмосфере. Именно эта атомная масса представлена в периодической таблице Д. И. Менделеева, её используют в стехиометрических расчётах. Атомная масса элемента с нарушенным изотопным соотношением (например, обогащённого каким-либо изотопом) отличается от стандартной. Для моноизотопных элементов (таких как иод, золото и т. п.) атомная масса элемента совпадает с атомной массой его единственного представленного в природной смеси изотопа.

    Молекулярной массой химического соединения называется сумма атомных масс элементов, составляющих её, умноженных на стехиометрические коэффициенты элементов по химической формуле соединения. Строго говоря, масса молекулы меньше массы составляющих её атомов на величину, равную энергии связи молекулы. Однако этот дефект массы на 9-10 порядков меньше массы молекулы, и им можно пренебречь.

    Определение моля (и числа Авогадро) выбирается таким образом, чтобы масса одного моля вещества (молярная масса), выраженная в граммах, была численно равна атомной (или молекулярной) массе этого вещества. Например, атомная масса железа равна 55,847. Следовательно один моль железа (т. е. количество атомов железа, равное числу Авогадро, 6,022·10 23 ) имеет массу 55,847 г.

    Прямое сравнение и измерение масс атомов и молекул выполняется с помощью масс-спектрометрических методов.

    История

    До 1960-х годов атомную массу определяли таким образом, чтобы нуклид кислород-16 имел атомную массу 16 (кислородная шкала). Однако соотношение кислорода-17 и кислорода-18 в природном кислороде, который также использовался в расчётах атомной массы, приводило к наличию двух разных таблиц атомных масс. Химики использовали шкалу, основанную на том, что естественная смесь изотопов кислорода должна была иметь атомную массу 16, тогда как физики присваивали то же число 16 атомной массе наиболее распространённого изотопа кислорода (имеющего восемь протонов и восемь нейтронов).

    Источник статьи: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/9109

    Масса атомов и молекул

    Относительная атомная масса

    Атомы элементов характеризуются определённой (только им присущей) массой. Например, масса атома Н равна 1,67 . 10 −23 г, атома С − 1,995 . 10 −23 г, атома О − 2,66 . 10 −23 г.

    Пользоваться такими малыми значениями неудобно, поэтому введено понятие об относительной атомной массе Аr − отношении массы атома данного элемента к атомной единице массы (1,6605 . 10 −24 г).

    Молекула — наименьшая частица вещества, сохраняющая химические свойства этого вещества. Все молекулы построены из атомов и поэтому также электронейтральны.

    Состав молекулы передаётся молекулярной формулой, которая отражает и качественный состав вещества (символы химических элементов, входящих в его молекулу), и его количественный состав (нижние числовые индексы, отвечающие числу атомов каждого элемента в молекуле).

    Масса атомов и молекул

    Для измерения масс атомов и молекул в физике и химии принята единая система измерения. Эти величины измеряются в относительных единицах.

    Атомная единица массы (а.е.м.) равна 1/12 массы m атома углерода 12 С (m одного атома 12 С равна 1,993Ч10 -26 кг).

    Относительная атомная масса элемента (Ar) – это безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома 12 С. При расчете относительной атомной массы учитывается изотопный состав элемента. Величины Arопределяют по таблице Д.И. Менделеева

    Абсолютная масса атома (m) равна относительной атомной массе, умноженной на 1 а.е.м. Например, для атома водорода абсолютная масса определяется следующим образом:

    m (H) = 1,008Ч1,661Ч10 -27 кг = 1,674Ч10 -27 кг

    Относительная молекулярная масса соединения (M r) – это безразмерная величина, равная отношению массы m молекулы вещества к 1/12 массы атома 12 С:

    Относительная молекулярная масса равна сумме относительных масс атомов, входящих в состав молекулы. Например:

    М r (C2H6) = 2Ч A r (C) + 6ЧA r (H) = 2Ч12 + 6 = 30.

    Абсолютная масса молекулы равна относительной молекулярной массе, умноженной на 1 а.е.м.

    2. Что называется молярной массой эквивалента?

    кон эквивалентов открыт Рихтером в 1791г. Атомы элементов взаимодействуют друг с другом в строго определенных соотношениях – эквивалентах.

    В СИ эквивалент есть 1/z часть (воображаемая) частицы Х. Х – атом, молекула, ион и т.д. Z – равен числу протонов, которое связывает или отдает частица Х (эквивалент нейтрализации) или числу электронов, которое отдает или принимает частица Х (эквивалент окисления-восстановления) или заряду иона Х (ионный эквивалент).

    Молярная масса эквивалента, размерность – г/моль, есть отношение молярной массы частицы Х к числу Z.

    Например, молярная масса эквивалентаэлемента определяется отношением молярной массы элемента к его валентности.

    Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ относятся между собой, как молярные массы их эквивалентов.

    где m1 и m2 – массы реагирующих веществ,

    , — молярные массы их эквивалентов.

    Если реагирующая порция вещества характеризуется не массой, а объемом V(x), то в выражении закона эквивалентов его молярная масса эквивалента заменяется молярным объемом эквивалента.

    3. Каковы основные законы химии?

    Основные законы химии. Закон сохранения массы и энергии сформулировал М. В. Ломоносов в 1748 году. Масса веществ участвующих в химических реакциях не изменяется. В 1905г Эйнштейн полагал, взаимосвязь между энергией и массой

    Масса и энергия есть свойства материи. Масса – мера энергии. Энергия – мера движения, поэтому они не эквивалентны и не превращаются друг в друга, однако всякий раз, когда изменяется энергия тела Е, изменяется его масса m. Ощутимые изменения массы происходят в ядерной химии.

    С точки зрения атомно-молекулярной теории атомы имеющие постоянную массу не исчезают и не возникают из ничего, это приводит к сохранению массы веществ. Закон доказан экспериментально. Опираясь на этот закон составляются химические уравнения. Количественные расчеты по уравнениям реакций называют стехиометрическими расчетами. В основе всех количественных расчетов лежит закон сохранения массы, и следовательно, можно планировать и контролировать производство.

    4. Какие основные классы неорганических соединений существуют? Дайте определение, приведите примеры.

    Простые вещества. Молекулы состоят из атомов одного вида (атомов одного элемента). В химических реакциях не могут разлагаться с образованием других веществ.

    Сложные вещества (или химические соединения). Молекулы состоят из атомов разного вида (атомов различных химических элементов). В химических реакциях разлагаются с образованием нескольких других веществ.

    Неорганические вещества
    Простые Металлы
    Неметаллы
    Сложные Оксиды
    Основания
    Кислоты
    Соли

    Резкой границы между металлами и неметаллами нет, т.к. есть простые вещества, проявляющие двойственные свойства.

    5. Каковы основные типы химических реакций?

    Существует огромное множество различных химических реакций и несколько способов их классификации. Чаще всего химические реакции классифицируют по числу и составу реагентов и продуктов реакции. По этой классификации выделяют четыре типа химических реакций — это реакции соединения, разложения, замещения, обмена.

    Реакция соединения — это реакция, реагентами которой являются два или несколько простых или сложных веществ, а продуктом — одно сложное вещество. Примеры реакций соединения:

    Образование оксида из простых веществ — C + O2 = CO2, 2Mg + O2= 2MgO

    Взаимодействие металла с неметаллом и получение соли — 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

    Взаимодействие оксида с водой — CaO + H2O = Ca(OH)2

    Реакция разложения — это реакция, реагентом которой является одно сложное вещество, а продуктом — два или несколько простых или сложных веществ. Чаще всего реакции разложения протекают при нагревании. Примеры реакций разложения:

    Разложение мела при нагревании: CaCO3 = CaO + CO2

    Разложение воды под действием электрического тока: 2H2O = 2H2+ O2

    Разложение оксида ртути при нагревании — 2HgO = 2Hg + O2

    Реакция замещения — это реакция, реагентами которой являются простое и сложное вещества, а продуктами — также простое и сложное вещества, но атомы одного из элементов в сложном веществе заменены на атомы простого реагента. Примеры:

    Замещение водорода в кислотах — Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

    Вытеснение металла из соли — Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

    Образование щелочи — 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

    Реакция обмена — это реакция, реагентами и продуктами которой являются по два сложных вещества, в процессе реакции реагенты обмениваются между собой своими составными частями, в результате чего образуются другие сложные вещества. Примеры:

    Взаимодействие соли с кислотой: FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S

    Существуют химические реакции, которые нельзя отнести ни к одному из перечисленных типов.

    6. Кем, когда и какими опытами было открыто ядро атома и создана ядерная модель атома?

    Ядерная модель атома. Одна из первых моделей строения атома былапредложена английским физиком Э. Резерфордом. В опытах по рассеянию а-частиц было показано, что почти вся масса атома сосредоточена в очень малом объеме — положительно заряженном ядре. Согласно моделиРезерфорда, вокруг ядра на относительно большом расстоянии непрерывно движутся электроны, причем их количество таково, что в целом атом электрически нейтрален. Позднее наличие в атоме тяжелогоядра, окруженного электронами, было подтверждено другими учеными. Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных (1903 г.) принадлежит Дж. Томсону. Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом, примерно равным 10 –10 м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него (рис. 6.1.1). Для объяснения линейчатых спектров испускания атомов Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновесия. Однако эти попытки не увенчались успехом. Через несколько лет в опытах великого английского физика Э. Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.

    Рисунок 6.1.1. Модель атома Дж. Томсона

    7. Что нового ввел Н. Бор в представлении об атоме? Дайте краткое изложение постулатов Бора применительно к атому водорода.

    Теория Бора для атома водорода

    Следуя теории Бора для атома водорода, Зоммерфельд предложил такое правило квантования, что при его применении к атому водорода модель Бора не противоречит волновой природе электрона, постулированной де Бройлем. Вывести выражение для уровней энергии атома водорода, используя правило Зоммерфельда, согласно которому разрешенные электронные орбитали представляют собой окружности с длиной, кратной длине волны электрона.

    Так как квантовые числа I, т и не вносят ничего в энергию электронного состояния, то все возможные состоянияв данном) радиальном уровне энергетически равны. Это значит, что в спектре будут наблюдаться только единичные линии, такие, как предсказывал Бор. Однако хорошо известно, что в спектре водородасуществует тонкая структура, изучение которой было толчком к развитию теории Бора — Зоммерфельда для атома водорода. Очевидно, что простая форма волнового уравнения не вполне адекватно описывает атом водорода, и, таким образом, мы находимся в-положении, лишь немного лучшем того, когда опирались на модель атома Бора.

    8. Что определяют и какие значения могут иметь: главное квантовое число n, побочное (орбитальное) — l, магнитное — ml и спиновое — ms?

    1. Главное квантовое число, n – принимает целочисленные значения от 1 до ¥ (n=1 2 3 4 5 6 7…) или буквенные (K L M N O P Q).

    max значение n соответствует числу энергетических уровней в атоме и соответствует номеру периода в таблице Д.И. Менделеева, характеризует величину энергии электрона, размер орбитали. Элемент с n=3 имеет 3 энергетических уровня, находится в третьем периоде, обладает большим размером электронного облака и энергией, чем элемент с n=1.

    2. Орбитальное квантовое число l принимает значения в зависимости от главного квантового числа и имеет соответствующие буквенные значения.

    l – характеризует форму орбиталей:

    Орбитали с одним и тем же значением n, но с разными значениями l различаются несколько по энергии т.е.уровни делятся на подуровни.

    Главное квантовое число n Орбитальное квантовое число l Буквенное обозначение подуровней Число подуровней
    s
    s p
    s p d
    0, 1, 2, 3 s, p, d, f

    Число возможных подуровней равно главному квантовому числу.

    3. Магнитное квантовое число ml принимает значения от -l,…0…,+l.

    Для s l=0 ml=0
    p l=1 ml =-1 0 +1
    d l=2 ml =-2 –1 0 +1 +2
    f l=3 ml =-3 –2 –1 0 +1 +2 +3

    Число возможных значений магнитного квантового числа определяет число орбиталей данного вида. В пределах каждого уровня может быть только:

    одна s – орбиталь, т.к. ml =0 при l=0

    три р – орбитали, ml = -1 0 +1, при l=1

    пять d – орбиталей ml =-2 –1 0 +1 +2, при l=2

    Магнитное квантовое число определяет ориентацию орбиталей в пространстве.

    4. Спиновое квантовое число (спин), ms.

    Спин характеризует магнитный момент электрона, обусловленный вращением электрона вокруг собственной оси по часовой и против часовой стрелки.

    Обозначив электрон стрелкой ­, а орбиталь черточкой или клеточкой можно показать

    Правила, характеризующие порядок заполнения орбиталей.

    Принцип Паули: в атоме не может быть двух и более электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел. Из чего следует, что на одной орбитали могут находиться два электрона с противоположно направленными спинами .

    Максимально возможное число электронов:

    на s – подуровне — одна орбиталь – 2 электрона, т.е. s 2 ;

    на p- – -три орбитали – 6 электронов, т.е. р 6 ;

    на d — – — пять орбиталей – 10 электронов, т.е. d 10 ;

    на f- –– — семь орбиталей – 14 электронов, т.е. f 14 .

    Число орбиталей на подуровнях определяется 2l+1, а число электронов на них будет 2×(2l+1),число орбиталей на подуровнях равно квадрату главного квантового числа n 2 , а на уровнях — 2n 2 , т.о. в первом периоде периодической системы элементов максимально может быть 2 элемента, во втором – 8, в третьем – 18 элементов, в четвертом – 32.

    В соответствии с I и II правилами М.В.Клечковского заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы (n+l), при равенстве, с n – наименьшей.

    Электронные формулы записываются следующим образом:

    1. В виде числового коэффициента указывают номер энергетического уровня.

    2. Приводят буквенные обозначения подуровня.

    3. Число электронов на данном энергетическом подуровне указывают в виде показателя степени, при этом все электроны данного подуровня суммируются.

    Размещение электронов в пределах данного подуровня подчиняется правилу Гунда: на данном подуровне электроны стремятся занять максимальное число свободных орбиталей, так, чтобы суммарный спин был максимальным.

    9. Как объясняет теория Бора происхождение и линейчатую структуру атомных спектров?

    Теория Н. Бора была предложена в 1913 году, в ней использовалась планетарная модель Резерфорда и квантовая теория Планка-Эйнштейна. Планк считал, что наряду с пределом делимости материи – атом, существует предел делимости энергии — квант. Атомы излучают энергию не непрерывно, а определенными порциями квантами

    Первый постулат Н. Бора: существуют строго определенные разрешенные, так называемые стационарные орбиты; находясь на которых электрон не поглощает и не излучает энергию. Разрешенными являются только те орбиты, для которых момент количества движения равный произведению me×V×r, может меняться определенными порциями (квантами), т.е. квантуется.

    Состояние атома с n=1 называют нормальным, при n=2,3… — возбужденным.

    Скорость электрона с увеличением радиуса уменьшается, кинетическая и общая энергия возрастает.

    Второй постулат Бора: при переходе с одной орбиты на другую электрон поглощает или излучает квант энергии.

    Едальнближ=h×V. Е=-21,76×10 -19 /n 2 Дж/атом=-1310кДж/моль.

    Такую энергию надо затратить, чтобы перевести электрон в атоме водорода с первой боровской орбиты (n=1) на бесконечно удаленную, т.е. оторвать электрон от атома, превратив его в положительно заряженный ион.

    Квантовая теория Бора объяснила линейчатый характер спектра атомов водорода.

    1. Постулируется пребывание электрона только на стационарных орбитах, как же в таком случае совершается переход электронов?

    2. Не объясняются все детали спектров, их разная толщина.

    3. Нельзя количественно рассчитать химическую связь.

    Что в атоме называют энергетическим уровнем и энергетическим подуровнем?

    Число энергетическихуровней атома равно номеру периода, в котором он расположен. Например,калий(К) -элемент четвертого периода, имеет 4 энергетических уровня (n = 4). Энергетический подуровень— совокупность орбиталей с одинаковыми значениями главного и орбитального квантовых чисел.

    11. Какую форму имеют s-, p- и d- электронные облака.

    При химических реакциях ядра атомов остаются без изменений, изменяется лишь строение электронных оболочек вследствие перераспределения электронов между атомами. Способностью атомов отдавать или присоединять электроны определяются его химические свойства.

    Электрон имеет двойственную (корпускулярно-волновую) природу. Благодаря волновым свойствам электроны в атоме могут иметь только строго определенные значения энергии, которые зависят от расстояния до ядра. Электроны, обладающие близкими значениями энергии образуют энергетический уровень. Он содержит строго определенное число электронов — максимально 2n 2 . Энергетические уровни подразделяются на s-, p-, d- и f- подуровни; их число равно номеру уровня.

    Квантовые числа электронов

    Состояние каждого электрона в атоме обычно описывают с помощью четырех квантовых чисел: главного (n), орбитального (l), магнитного (m) и спинового (s). Первые три характеризуют движение электрона в пространстве, а четвертое — вокруг собственной оси.

    Главное квантовое число (n). Определяет энергетический уровень электрона, удаленность уровня от ядра, размер электронного облака. Принимает целые значения (n = 1, 2, 3 . ) и соответствует номеру периода. Из периодической системы для любого элемента по номеру периода можно определить число энергетических уровней атома и какой энергетический уровень является внешним.

    Элемент кадмий Cd расположен в пятом периоде, значит n = 5. В его атоме электроны раcпределены по пяти энергетическим уровням (n = 1, n = 2, n = 3, n = 4, n = 5); внешним будет пятый уровень (n = 5).

    Орбитальное квантовое число (l) характеризует геометрическую форму орбитали. Принимает значение целых чисел от 0 до (n — 1). Независимо от номера энергетического уровня, каждому значению орбитального квантового числа соответствует орбиталь особой формы. Набор орбиталей с одинаковыми значениями n называется энергетическим уровнем, c одинаковыми n и l — подуровнем.

    l=0 s- подуровень, s- орбиталь – орбиталь сфера

    l=1 p- подуровень, p- орбиталь – орбиталь гантель

    l=2 d- подуровень, d- орбиталь – орбиталь сложной формы

    f-подуровень, f-орбиталь – орбиталь еще более сложной формы

    S — орбиталь Три p – орбитали

    На первом энергетическом уровне (n = 1) орбитальное квантовое число lпринимает единственное значение l = (n — 1) = 0. Форма обитали — сферическая; на первом энергетическом только один подуровень — 1s. Для второго энергетического уровня (n = 2) орбитальное квантовое число может принимать два значения: l = 0, s- орбиталь — сфера большего размера, чем на первом энергетическом уровне; l = 1, p- орбиталь — гантель. Таким образом, на втором энергетическом уровне имеются два подуровня — 2s и 2p. Для третьего энергетического уровня (n = 3) орбитальное квантовое число l принимает три значения: l = 0, s- орбиталь — сфера большего размера, чем на втором энергетическом уровне; l = 1, p- орбиталь — гантель большего размера, чем на втором энергетическом уровне; l = 2, d- орбиталь сложной формы.

    Таким образом, на третьем энергетическом уровне могут быть три энергетических подуровня — 3s, 3p и 3d.

    12. Дайте формулировку принципа Паули и правила Гунда.

    Принцип Паули: в атоме не может быть двух и более электронов с одинаковым набором всех четырех квантовых чисел. Из чего следует, что на одной орбитали могут находиться два электрона с противоположно направленными спинами .

    Максимально возможное число электронов:

    на s – подуровне — одна орбиталь – 2 электрона, т.е. s 2 ;

    на p- – -три орбитали – 6 электронов, т.е. р 6 ;

    на d — – — пять орбиталей – 10 электронов, т.е. d 10 ;

    на f- –– — семь орбиталей – 14 электронов, т.е. f 14 .

    Число орбиталей на подуровнях определяется 2l+1, а число электронов на них будет 2×(2l+1),число орбиталей на подуровнях равно квадрату главного квантового числа n 2 , а на уровнях — 2n 2 , т.о. в первом периоде периодической системы элементов максимально может быть 2 элемента, во втором – 8, в третьем – 18 элементов, в четвертом – 32.

    В соответствии с I и II правилами М.В.Клечковского заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы (n+l), при равенстве, с n – наименьшей.

    Электронные формулы записываются следующим образом:

    1. В виде числового коэффициента указывают номер энергетического уровня.

    2. Приводят буквенные обозначения подуровня.

    3. Число электронов на данном энергетическом подуровне указывают в виде показателя степени, при этом все электроны данного подуровня суммируются.

    Размещение электронов в пределах данного подуровня подчиняется правилу Гунда: на данном подуровне электроны стремятся занять максимальное число свободных орбиталей, так, чтобы суммарный спин был максимальным.

    13. Дайте формулировку правил Клечковского. Как они определяют порядок заполнения АО?

    В соответствии с I и II правилами М.В.Клечковского заполнение орбиталей происходит в порядке возрастания суммы (n+l), при равенстве, с n – наименьшей.

    Электронные формулы записываются следующим образом:

    1. В виде числового коэффициента указывают номер энергетического уровня.

    2. Приводят буквенные обозначения подуровня.

    3. Число электронов на данном энергетическом подуровне указывают в виде показателя степени, при этом все электроны данного подуровня суммируются.

    14. Что называют энергией ионизации, сродством к электрону, электроотрицательностью и в каких единицах они измеряются?

    Атомные характеристики. Химическая природа элемента обуславливается способностью его атома терять или приобретать электроны. Эта способность количественно может быть оценена энергией ионизации атома и его сродством к электронам.

    Энергией ионизации называется энергия, которую необходимо затратить для отрыва электрона от атома (иона или молекулы). Она выражается в джоулях или электронвольтах. 1 ЭВ = 1,6×10 -19 Дж.

    Энергия ионизации, I, является мерой восстановительной способности атома. Чем меньше I, тем больше восстановительная способность атома.

    Наименьшими значениями I обладают s элементы первой группы. Значения же I2 для них резко возрастают. Аналогично для s элементов II группы резко возрастает I3.

    Наибольшими значениями I1 обладают p-элементы VIII группы. Это возрастание энергии ионизации при переходе от s элементов I группы к p элементам VIII группы обуславливается возрастанием эффективного заряда ядра.

    Сродством к электрону называется энергия, которая выделяется при присоединении электрона к атому (иону или молекуле). Выражается также в Дж или эВ. Можно сказать, что сродство к электрону – мера окислительной способности частиц. Надежные значения Е найдены лишь для небольшого числа элементов.

    Наибольшим сродством к электрону обладают р-элементы VII группы (галогены), так как присоединяя один электрон к нейтральному атому они приобретают законченный октет электронов.

    Наименьшие и даже отрицательные значения Е имеют атомы с конфигурацией s 2 и s 2 p 6 или наполовину заполненным р-подуровнем.

    Присоединение последующих электронов невозможно. Так, многозарядные анионы О 2- , N 3- не существуют.

    Электроотрицательностью называется количественная характеристика способности атома в молекуле притягивать к себе электроны. Эта способность зависит от I и Е. По Малликену: ЭО = (I+E)/2.

    Электроотрицательности элементов по периоду возрастают, по группе – уменьшаются.

    Источник статьи: http://studopedia.ru/19_368963_massa-atomov-i-molekul.html

    Атомная масса

    А́томная ма́сса, относительная атомная масса (устаревшее название — атомный вес) — значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы. В настоящее время атомная единица массы принята равной 1/12 массы нейтрального атома наиболее распространённого изотопа углерода 12 C, поэтому атомная масса этого изотопа по определению равна точно 12. Разность между атомной массой изотопа и его массовым числом называется избытком массы (обычно его выражают в МэВ). Он может быть как положительным, так и отрицательным; причина его возникновения — нелинейная зависимость энергии связи ядер от числа протонов и нейтронов, а также различие в массах протона и нейтрона.

    Зависимость атомной массы изотопа от массового числа такова: избыток массы положителен у водорода-1, с ростом массового числа он уменьшается и становится отрицательным, пока не достигается минимум у железа-56, потом начинает расти и возрастает до положительных значений у тяжёлых нуклидов. Это соответствует тому, что деление ядер, более тяжёлых, чем железо, высвобождает энергию, тогда как деление лёгких ядер требует энергии. Напротив, слияние ядер легче железа высвобождает энергию, слияние же элементов тяжелее железа требует дополнительной энергии.

    Атомная масса химического элемента (также «средняя атомная масса», «стандартная атомная масса») является средневзвешенной атомной массой всех стабильных изотопов данного химического элемента с учётом их природной распространённости в земной коре и атмосфере. Именно эта атомная масса представлена в периодической таблице Д. И. Менделеева, её используют в стехиометрических расчётах. Атомная масса элемента с нарушенным изотопным соотношением (например, обогащённого каким-либо изотопом) отличается от стандартной. Для моноизотопных элементов (таких как иод, золото и т. п.) атомная масса элемента совпадает с атомной массой его единственного представленного в природной смеси изотопа.

    Молекулярной массой химического соединения называется сумма атомных масс элементов, составляющих её, умноженных на стехиометрические коэффициенты элементов по химической формуле соединения. Строго говоря, масса молекулы меньше массы составляющих её атомов на величину, равную энергии связи молекулы. Однако этот дефект массы на 9-10 порядков меньше массы молекулы, и им можно пренебречь.

    Определение моля (и числа Авогадро) выбирается таким образом, чтобы масса одного моля вещества (молярная масса), выраженная в граммах, была численно равна атомной (или молекулярной) массе этого вещества. Например, атомная масса железа равна 55,847. Следовательно один моль железа (т. е. количество атомов железа, равное числу Авогадро, 6,022·10 23 ) имеет массу 55,847 г.

    Прямое сравнение и измерение масс атомов и молекул выполняется с помощью масс-спектрометрических методов.

    История

    До 1960-х годов атомную массу определяли таким образом, чтобы нуклид кислород-16 имел атомную массу 16 (кислородная шкала). Однако соотношение кислорода-17 и кислорода-18 в природном кислороде, который также использовался в расчётах атомной массы, приводило к наличию двух разных таблиц атомных масс. Химики использовали шкалу, основанную на том, что естественная смесь изотопов кислорода должна была иметь атомную массу 16, тогда как физики присваивали то же число 16 атомной массе наиболее распространённого изотопа кислорода (имеющего восемь протонов и восемь нейтронов).

    Источник статьи: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/9109

    Атомная масса: определение, виды, как ее вычислить, примеры

  • Видео: Относительная атомная масса | Химия | TutorOnline

    Содержание

    В атомная масса — количество вещества, присутствующего в атоме, которое может быть выражено в обычных физических единицах или в единицах атомной массы (ума или u). Атом пуст почти во всей своей структуре; электроны, которые рассеиваются в областях, называемых орбиталями, где есть определенная вероятность найти их и их ядра.

    В ядре атома находятся протоны и нейтроны; первый с положительным зарядом, а второй с нейтральным зарядом. Эти две субатомные частицы имеют массу, намного превышающую массу электрона; следовательно, масса атома определяется его ядром, а не вакуумом или электронами.

    Масса электрона примерно 9,1 · 10 · 10 -31 кг, а протона 1,67 · 10 -27 кг при удельном весе 1800; то есть протон «весит» в 1800 раз больше, чем электрон.То же самое происходит с массами нейтрона и электрона. Вот почему массовый вклад электрона для обычных целей считается незначительным.

    Из-за этого обычно предполагается, что масса атома или атомная масса зависит только от массы ядра; который, в свою очередь, состоит из суммы нейтронов и протонов. Из этого рассуждения вытекают две концепции: массовое число и атомная масса, оба тесно связаны.

    При таком большом количестве «пустот» в атомах и поскольку их масса почти полностью зависит от ядра, следует ожидать, что последнее будет чрезвычайно плотным.

    Если мы удалим указанную пустоту из любого тела или объекта, его размеры резко уменьшатся. Кроме того, если бы мы могли построить небольшой объект на основе атомных ядер (без электронов), то он имел бы массу в миллионы тонн.

    С другой стороны, атомные массы помогают различать разные атомы одного и того же элемента; это изотопы. Поскольку изотопов больше, чем других, необходимо оценить среднюю массу атомов для данного элемента; среднее значение, которое может варьироваться от планеты к планете или от одного космического региона к другому.

    Определение и понятие

    По определению, атомная масса — это сумма масс протонов и нейтронов, выраженная через uma или u. Полученное число (также иногда называемое массовым числом) помещается безразмерным в левый верхний угол в обозначениях, используемых для нуклидов. Например, для элемента 15 X его атомная масса 15uma или 15u.

    Атомная масса не может многое сказать об истинной идентичности этого элемента X. Вместо этого используется атомный номер, который соответствует протонам в ядре X. Если это число равно 7, то разница ( 15-7) будет равно 8; то есть X имеет 7 протонов и 8 нейтронов, сумма которых равна 15.

    Возвращаясь к изображению, в ядре 5 нейтронов и 4 протона, поэтому его массовое число равно 9; и, в свою очередь, 9 а.е.м. — это масса его атома. Имея 4 протона и сверившись с периодической таблицей, можно увидеть, что это ядро ​​соответствует ядру элемента бериллия, Be (или 9 Быть).

    Атомная единица массы

    Атомы слишком малы, чтобы можно было измерить их массы обычными методами или обычными весами. Именно по этой причине были изобретены ума, у или да (дальтоник). Эти единицы, разработанные для атомов, позволяют вам понять, насколько массивны атомы элемента по отношению друг к другу.

    Но что именно представляет собой ума? Должна быть ссылка на установление массовых отношений. Для этого в качестве эталона использовался атом. 12 C, который является наиболее распространенным и стабильным изотопом углерода. Имея 6 протонов (его атомный номер Z) и 6 нейтронов, его атомная масса равна 12.

    Предполагается, что протоны и нейтроны имеют одинаковые массы, так что каждый дает 1 а.е.м. Тогда атомная единица массы определяется как одна двенадцатая (1/12) массы атома углерода-12; это масса протона или нейтрона.

    Эквивалентность в граммах

    И теперь возникает вопрос: сколько граммов равна 1 а.е.м.? Поскольку поначалу не было достаточно продвинутых методов для его измерения, химики должны были довольствоваться выражением всех масс с помощью amu; однако это было преимуществом, а не недостатком.

    Зачем? Поскольку субатомные частицы настолько малы, их масса, выраженная в граммах, должна быть такой же малой. Фактически, 1 а.е.м. равняется 1,6605 · 10. -24 граммы. Более того, с использованием концепции моля не было проблемой работать с массами элементов и их изотопов с аму, зная, что такие единицы могут быть изменены до г / моль.

    Например, возвращаясь к 15 X и 9 Итак, мы имеем, что их атомные массы составляют 15 а.е.м. и 9 а.е.м. соответственно. Поскольку эти единицы настолько малы и напрямую не говорят, сколько вещества нужно «взвесить», чтобы ими манипулировать, они преобразуются в соответствующие им молярные массы: 15 г / моль и 9 г / моль (вводя понятия молей и числа Авогадро).

    Средняя атомная масса

    Не все атомы одного и того же элемента имеют одинаковую массу. Это означает, что у них должно быть больше субатомных частиц в ядре. Поскольку это один и тот же элемент, атомный номер или количество протонов должны оставаться постоянными; следовательно, существует только изменение количества нейтронов, которыми они обладают.

    Вот как это следует из определения изотопов: атомы одного и того же элемента, но с разными атомными массами. Например, бериллий почти полностью состоит из изотопа 9 Быть, со следовыми количествами 10 Быть. Однако этот пример не очень полезен для понимания концепции средней атомной массы; нам нужен один с большим количеством изотопов.

    пример

    Предположим, элемент существует 88 J, являющийся основным изотопом J с содержанием 60%. J также имеет два других изотопа: 86 J, с содержанием 20%, и 90 J, с содержанием также 20%. Это означает, что из 100 Дж атомов, которые мы собираем на Земле, 60 из них 88 J, а остальные 40 — смесь 86 J и 90 Дж.

    Каждый из трех изотопов J имеет свою атомную массу; то есть их сумма нейтронов и протонов. Однако эти массы необходимо усреднить, чтобы иметь под рукой атомную массу для J; здесь, на Земле, так как могут быть другие регионы Вселенной, где изобилие 86 J составляет 56%, а не 60%.

    Чтобы вычислить среднюю атомную массу J, необходимо получить средневзвешенное значение масс его изотопов; то есть с учетом процента численности для каждого из них. Таким образом, мы имеем:

    Средняя масса (Дж) = (86 а.е.м.) (0,60) + (88 а.е.м.) (0,20) + (90 а.е.м.) (0,20)

    То есть средняя атомная масса (также известная как атомная масса) J составляет 87,2 а.е.м. Между тем его молярная масса составляет 87,2 г / моль. Обратите внимание, что 87,2 ближе к 88, чем к 86, и это также далеко от 90.

    Абсолютная атомная масса

    Абсолютная атомная масса — это атомная масса, выраженная в граммах. Исходя из примера гипотетического элемента J, мы можем вычислить его абсолютную атомную массу (среднюю), зная, что каждая а.е.м. эквивалентна 1,6605 · 10 -24 граммы:

    Абсолютная атомная масса (Дж) = 87,2 а.е.м. * (1,6605 · 10 -24 г / м)

    Это означает, что в среднем атомы J имеют абсолютную массу 1,447956 · 10 -22 грамм.

    Относительная атомная масса

    Относительная атомная масса численно идентична средней атомной массе для данного элемента; Однако, в отличие от второго, первому недостает единства. Следовательно, он безразмерен. Например, средняя атомная масса бериллия 9,012182 ед. в то время как его относительная атомная масса просто 9,012182.

    Вот почему эти понятия иногда неверно интерпретируются как синонимы, поскольку они очень похожи, а различия между ними неуловимы. Но к чему эти массы относительно? Относительно одной двенадцатой массы 12 С.

    Таким образом, элемент с относительной атомной массой 77 означает, что он имеет массу в 77 раз больше, чем 1/12 12 С.

    Те, кто смотрел на элементы в периодической таблице, увидят, что их массы относительно выражены. У них нет единиц а.е.м., и они интерпретируются так: атомная масса железа составляет 55 846, что означает, что оно в 55 846 раз больше массы, чем масса 1/12 части тела. 12 C, который также может быть выражен как 55,846 а.е.м. или 55,846 г / моль.

    Как рассчитать атомную массу

    Математически был приведен пример того, как рассчитать это на примере элемента J. В общих чертах, должна применяться формула средневзвешенного значения, которая будет:

    P = Σ (атомная масса изотопа) (содержание в десятичных дробях)

    То есть, имея атомные массы (нейтроны + протоны) каждого изотопа (обычно естественного) для данного элемента, а также их соответствующие земные содержания (или любой другой рассматриваемый регион), можно рассчитать указанное средневзвешенное значение.

    И почему не только среднее арифметическое? Например, средняя атомная масса J составляет 87,2 а.е.м. Если мы снова вычислим эту массу, но арифметически, мы получим:

    Средняя масса (Дж) = (88 а.е.м. + 86 а.е.м. + 90 а.е.м.) / 3

    Обратите внимание, что между 88 и 87 есть важное различие. Это потому, что среднее арифметическое предполагает, что содержание всех изотопов одинаково; Поскольку существует три изотопа J, каждый должен иметь содержание 100/3 (33,33%). Но на самом деле это не так: изотопов гораздо больше, чем других.

    Вот почему рассчитывается средневзвешенное значение, поскольку оно учитывает, насколько распространен один изотоп по отношению к другому.

    Примеры

    Углерод

    Чтобы вычислить среднюю атомную массу углерода, нам нужны его природные изотопы с их соответствующим содержанием. В случае углерода это: 12 С (98,89%) и 13 С (1,11%). Их относительные атомные массы равны 12 и 13 соответственно, которые, в свою очередь, равны 12 а.е.м. и 13 а.е.м. Решение:

    Средняя атомная масса (C) = (12 а.е.м.) (0,9889) + (13 а.е.м.) (0,0111)

    Следовательно, масса атома углерода в среднем составляет 12,01 а.е.м. Поскольку есть следовые количества 14 C практически не влияет на это среднее значение.

    Натрий

    Все земные атомы натрия состоят из изотопа 23 Na, поэтому его содержание составляет 100%. Поэтому в обычных расчетах его массу можно принять просто равной 23 а.е.м. или 23 г / моль. Однако его точная масса составляет 22,98976928 а.е.м.

    Кислород

    Три изотопа кислорода с их соответствующими содержаниями: 16 О (99,762%), 17 О (0,038%) и 18 О (0,2%). У нас есть все, чтобы рассчитать его среднюю атомную массу:

    Средняя атомная масса (O) = (16 а.е.м.) (0,99762) + (17 а.е.м.) (0,00038) + (18 а.е.м.) (0,002)

    Хотя его заявленная точная масса на самом деле составляет 15,9994 а.е.м.

    Азот

    Повторяя те же шаги с кислородом, мы получаем: 14 N (99,634%) и 15 N (0,366%). Так:

    Средняя атомная масса (N) = (14 а.е.м.) (0,99634) + (15 а.е.м.) (0,00366)

    Обратите внимание, что заявленная масса азота составляет 14,0067 а.е.м., что немного выше, чем мы рассчитали.

    Хлор

    Изотопы хлора с их соответствующими содержаниями: 35 Cl (75,77%) и 37 Cl (24,23%). Рассчитав его среднюю атомную массу, мы имеем:

    Средняя атомная масса (Cl) = (35 а.е.м.) (0,7577) + (37 а.е.м.) (0,2423)

    Очень похоже на сообщенный (35 453 а.е.м.).

    Диспрозий

    И, наконец, будет рассчитана средняя масса элемента с множеством природных изотопов: диспрозия. Вот эти и их соответствующие количества: 156 Dy (0,06%), 158 Dy (0,10%), 160 Dy (2,34%), 161 Dy (18,91%), 162 Dy (25,51%), 163 Dy (24,90%) и 164 Dy (28,18%).

    Действуем, как в предыдущих примерах, чтобы вычислить атомную массу этого металла:

    Средняя атомная масса (Dy) = (156 а.е.м.) (0,0006%) + (158 а.е.м.) (0,0010) + (160 а.е.м.) (0,0234) + (161 а.е.м.) (0,1891) + (162 а.е.м.) (0,2551) + (163 а.е.м.) (0,2490) + (164 а.е.м.) (0,2818)

    Сообщенная масса составляет 162 500 а.е.м. Обратите внимание, что это среднее значение составляет от 162 до 163, поскольку изотопы 156 Ды, 158 Дай и 160 Dy немногочисленны; в то время как преобладающие 162 Ды, 163 Дай и 164 Dy.

    Источник статьи: http://ru1.warbletoncouncil.org/masa-atomica-2541

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *