Atom kütlesi 21. Kimyada bir elementin bağıl atom kütlesi ve belirlenme tarihi

Herhangi bir kimyasal elementin temel özelliklerinden biri göreceli atom kütlesidir.

(Bir atomik kütle birimi, kütlesi 12 amu olarak alınan bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sidir ve1,66 10 24 G.

Amu başına element atomlarının kütleleri karşılaştırılarak, bağıl atom kütlesinin (Ar) sayısal değerleri bulunur.

Bir elementin bağıl atom kütlesi, atomunun kütlesinin, karbon atomunun kütlesinin 1/12'sinden kaç kat daha büyük olduğunu gösterir.

Örneğin oksijen için Ar(O) = 15,9994 ve hidrojen için Ar(H) = 1,0079.

Basit ve karmaşık maddelerin molekülleri için şunları belirleyin: bağıl moleküler ağırlık, sayısal olarak molekülü oluşturan tüm atomların atom kütlelerinin toplamına eşittir. Örneğin suyun molekül ağırlığı H2O'dur.

Mg (H2O) = 2 1,0079 + 1 15,9994 = 18,0153.

Avogadro yasası

Kimyada, kütle ve hacim birimlerinin yanı sıra, mol adı verilen bir maddenin miktar birimi de kullanılır.

!MOL (v) - 0,012 kg (12 g) karbon izotopu “C”de bulunan atomlar kadar yapısal birim (moleküller, atomlar, iyonlar) içeren bir maddenin miktarının ölçüm birimi.

Bu, herhangi bir maddenin 1 molünün aynı sayıda yapısal birim içerdiği anlamına gelir; 6,02 10 23 . Bu miktara denir Avogadro sabiti(tanım NA, boyut 1/mol).

İtalyan bilim adamı Amadeo Avogadro, 1811'de daha sonra deneysel verilerle doğrulanan ve daha sonra adı verilen bir hipotez ortaya attı. Avogadro yasası. Tüm gazların eşit derecede sıkıştırıldığına (Boyle-Mariotte yasası) ve aynı termal genleşme katsayılarına (Gay-Lussac yasası) sahip olduğuna dikkat çekti. Bu bağlamda şunu önerdi:

Aynı koşullar altında farklı gazların eşit hacimleri aynı sayıda molekül içerir.

Aynı koşullar altında (genellikle normal koşullardan bahsederiz: mutlak basınç 1013 milibar ve sıcaklık 0 ° C'dir), tüm gazların molekülleri arasındaki mesafe aynıdır ve moleküllerin hacmi ihmal edilebilir düzeydedir. Yukarıdakilerin hepsini göz önünde bulundurarak aşağıdaki varsayımı yapabiliriz:

!aynı koşullar altında eşit hacimdeki gazlar şunları içeriyorsa Aynı sayıda molekül varsa, aynı sayıda molekül içeren kütlelerin hacimleri de aynı olmalıdır.

Başka bir deyişle,

Aynı koşullar altında herhangi bir gazın 1 mol'ü aynı hacmi kaplar. Normal koşullar altında herhangi bir gazın 1 mol'ü bir hacim kaplar v, 22,4 l'ye eşittir. Bu hacme denirgazın molar hacmi (boyut l/mol veya m³ / mol).

Normal koşullar altında gazın molar hacminin kesin değeri (basınç 1013 milibar ve sıcaklık 0 ° C) 22,4135 ± 0,0006 l/mol. Standart koşullar altında (T=+15° C, basınç = 1013 mbar) 1 mol gaz 23,6451 litre hacim kaplar veT=+20°C ve 1013 mbar basınçta, 1 mol yaklaşık 24,2 litre hacim kaplar.

Sayısal açıdan molar kütle, atom ve moleküllerin (amu cinsinden) kütleleriyle ve bağıl atom ve moleküler kütlelerle örtüşür.

Sonuç olarak, herhangi bir maddenin 1 molünün gram cinsinden kütlesi, bu maddenin atomik kütle birimleriyle ifade edilen moleküler kütlesine sayısal olarak eşittir.

Örneğin M(O2) = 16a. e.m.2 = 32 a. yani 1 mol oksijen 32 g'a karşılık gelir. Aynı koşullar altında ölçülen gazların yoğunluklarına molar kütleleri denir. Sıvılaştırılmış gazların gaz taşıyıcıları üzerinde taşınması sırasında pratik problemlerin ana hedefi moleküler maddeler (sıvılar, buharlar, gazlar) olduğundan, aranan ana miktarlar molar kütle olacaktır. M(g/mol), madde miktarı v mol ve kütle olarak T Gram veya kilogram cinsinden maddeler.

Belirli bir gazın kimyasal formülünü bilerek, sıvılaştırılmış gazların taşınması sırasında ortaya çıkan bazı pratik sorunları çözebilirsiniz.

Örnek 1. Güverte tankı 22 ton sıvılaştırılmış etilen içerir (İLE2 N4 ). Üflemeden sonra tankların sıcaklığı 0 ° C ve basınç 1013 milibar ise, gemide her biri 5000 m3 hacimli üç kargo tankını üflemeye yetecek kadar kargo olup olmadığının belirlenmesi gerekir.

1. Etilenin moleküler ağırlığını belirleyin:

M = 2 12,011 + 4 1,0079 = 28,054 g/mol.

2. Normal koşullar altında etilen buharının yoğunluğunu hesaplayın:

ρ = M/V = 28,054: 22,4 = 1,232 g/l.

3. Normal koşullar altında kargo buharının hacmini bulun:

22∙10 6: 1,252= 27544 m3.

Kargo tanklarının toplam hacmi 15.000 m3'tür. Sonuç olarak, gemide tüm kargo tanklarını etilen buharıyla temizlemeye yetecek kadar kargo bulunmaktadır.

Örnek 2. Ne kadar propan olduğunu belirlemek gerekir. (İLE3 N8 ) Toplam kapasitesi 8000 m3 olan kargo tanklarının temizlenmesi için, tankların sıcaklığı +15 ° C ise ve tahliyenin bitiminden sonra tanktaki propan buharının basıncı 1013 milibarı geçmezse gerekli olacaktır.

1. Propanın molar kütlesini belirleyin İLE3 N8

M = 3 12,011 + 8 1,0079 = 44,1 g/mol.

2. Tankları temizledikten sonra propan buhar yoğunluğunu belirleyelim:

ρ = M: v = 44,1: 23,641 = 1,865 kg/m3.

3. Buhar yoğunluğunu ve hacmini bilerek, tankı boşaltmak için gereken toplam propan miktarını belirleriz:

m = ρ v = 1,865 8000 = 14920 kg ≈ 15 t.

Atom ve moleküllerin kütleleri çok küçüktür, bu nedenle ölçüm birimi olarak atomlardan birinin kütlesini seçmek ve geri kalan atomların kütlelerini buna göre ifade etmek uygundur. Hidrojen atomunun kütlesini bir olarak alarak atom kütleleri tablosunu derleyen atom teorisinin kurucusu Dalton'un yaptığı da tam olarak budur.

1961 yılına kadar fizikte, bir oksijen atomu 16 O'nun kütlesinin 1/16'sı atomik kütle birimi (amu) olarak alındı ​​ve kimyada - bir karışım olan doğal oksijenin ortalama atom kütlesinin 1/16'sı alındı. üç izotop. Kütlenin kimyasal birimi fiziksel olandan %0,03 daha büyüktü.

Şu anda fizik ve kimyada birleşik bir ölçüm sistemi benimsenmiştir. Atom kütlesinin standart birimi olarak 12C karbon atomunun kütlesinin 1/12'si seçildi.

1 gün önce = 1/12 m(12 C) = 1,66057×10 -27 kg = 1,66057×10 -24 g.

TANIM

Bir elementin bağıl atom kütlesi (A r) Bir elementin atomunun ortalama kütlesinin 12 C atomunun kütlesinin 1/12'sine oranına eşit boyutsuz bir niceliktir.

Bağıl atom kütlesi hesaplanırken yer kabuğundaki elementlerin izotoplarının bolluğu dikkate alınır. Örneğin, klorun 35 Cl (%75,5) ve 37 Cl (%24,5) olmak üzere iki izotopu vardır. Klorun bağıl atom kütlesi:

Ar (Cl) = (0,755×m(35 Cl) + 0,245×m(37 Cl)) / (1/12×m(12 C) = 35,5.

Bağıl atom kütlesinin tanımından, bir atomun ortalama mutlak kütlesinin bağıl atom kütlesinin amu ile çarpımına eşit olduğu sonucu çıkar:

m(Cl) = 35,5 × 1,66057 × 10-24 = 5,89 × 10-23 g.

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

ÖRNEK 2

Kütle numarası. Kütle numarası, bir atomun çekirdeğindeki proton ve nötronların toplam sayısıdır. A sembolü ile gösterilir.

Belirli bir atom çekirdeğinden bahsederken genellikle nüklid terimi kullanılır ve nükleer parçacıklar, protonlar ve nötronlar topluca nükleonlar olarak adlandırılır.

Atom numarası. Bir elementin atom numarası, atomunun çekirdeğindeki protonların sayısıdır. Z sembolüyle gösterilir. Atom numarası kütle numarasıyla aşağıdaki ilişkiyle ilişkilidir:

burada N, bir atomun çekirdeğindeki nötronların sayısıdır.

Her kimyasal element belirli bir atom numarasıyla karakterize edilir. Başka bir deyişle iki element aynı atom numarasına sahip olamaz. Atom numarası yalnızca belirli bir elementin atomlarının çekirdeğindeki proton sayısına değil, aynı zamanda atomun çekirdeğini çevreleyen elektronların sayısına da eşittir. Bu, bir bütün olarak atomun elektriksel olarak nötr bir parçacık olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır. Yani bir atomun çekirdeğindeki proton sayısı, çekirdeği çevreleyen elektron sayısına eşittir. Bu ifade elbette yüklü parçacıklar olan iyonlar için geçerli değildir.

Elementlerin atom numaralarının* ilk deneysel kanıtı 1913 yılında Oxford'da çalışan Henry Moseley tarafından elde edildi. Katı metal hedefleri katot ışınlarıyla bombaladı. (Barkla ve Kayi 1909'da herhangi bir katı elementin hızlı bir katot ışın demeti ile bombardıman edildiğinde o elemente özgü X-ışınları yaydığını göstermişti.) Moseley karakteristik X-ışınlarını bir fotografik kayıt tekniği kullanarak analiz etti. Karakteristik X-ışını radyasyonunun dalga boyunun, metalin atom ağırlığının (kütlesinin) artmasıyla arttığını keşfetti ve bu X-ışını radyasyonunun frekansının karekökünün, sembolüyle belirttiği bazı tam sayılarla doğrudan orantılı olduğunu gösterdi. Z.

Moseley bu sayının atom kütlesinin değerinin yaklaşık yarısı kadar olduğunu buldu. Bu sayının (bir elementin atom numarası) atomlarının temel bir özelliği olduğu sonucuna vardı. Belirli bir elementin atomundaki proton sayısına eşit olduğu ortaya çıktı. Böylece Moseley, karakteristik X-ışını radyasyonunun frekansını yayan elemanın seri numarasıyla ilişkilendirdi (Moseley yasası). Bu yasa, kimyasal elementlerin periyodik yasasını oluşturmak ve elementlerin atom numarasının fiziksel anlamını belirlemek açısından büyük önem taşıyordu.

Moseley'in araştırması, o dönemde periyodik tabloda eksik olan, atom numaraları 43, 61 ve 75 olan üç elementin varlığını tahmin etmesine olanak tanıdı. Bu elementler daha sonra keşfedildi ve sırasıyla teknesyum, prometyum ve renyum olarak adlandırıldı.

Nüklit sembolleri. Element sembolünün solunda bir nüklidin kütle numarasını üst simge olarak ve atom numarasını da alt simge olarak belirtmek gelenekseldir. Örneğin, 1IC gösterimi, bu karbon nüklidin (diğer tüm karbon nüklidler gibi) atom numarası 6'ya sahip olduğu anlamına gelir. Bu özel nüklidin kütle numarası 12'dir. Diğer bir karbon nüklidin sembolü 14C'dir. Tüm karbon nüklidlerin atom numarası 6 olduğundan, belirtilen nüklid genellikle 14C veya karbon-14 gibi yazılır.

İzotoplar. İzotoplar, bir elementin farklı özelliklere sahip atomik çeşitleridir. Çekirdeklerindeki nötron sayısı bakımından farklılık gösterirler. Dolayısıyla aynı elementin izotopları aynı atom numarasına ancak farklı kütle numaralarına sahiptir. Tabloda Tablo 1.1, karbonun üç izotopunun her birinin atomlarının çekirdeğindeki kütle numarası A, atom numarası Z ve nötron sayısı N değerlerini göstermektedir.

Tablo 1.1. Karbon izotopları

Elementlerin izotop içeriği. Çoğu durumda her element farklı izotopların bir karışımıdır. Böyle bir karışımdaki her bir izotopun içeriğine izotop bolluğu denir. Örneğin silikon, doğada %92,28 28Si, %4,67 29Si ve %3,05 30Si izotop bolluğuyla oluşan bileşiklerde bulunur. Lütfen elementin toplam izotop bolluğunun tam olarak %100 olması gerektiğini unutmayın. Bu izotopların her birinin göreceli izotop içeriği sırasıyla 0,9228, 0,0467 ve 0,0305'tir. Bu sayıların toplamı tam olarak 1.0000'dir.

Atomik kütle birimi (a.m.u.). Günümüzde atomik kütle biriminin belirlenmesinde X|C nüklidinin kütlesi standart olarak kabul edilmektedir. Bu nüklide 12.0000 amu'luk bir kütle atanmıştır. Dolayısıyla bir atomik kütle birimi, o çekirdeğin kütlesinin on ikide birine eşittir. Atomik kütle biriminin gerçek değeri 1.661 Yu-27 kg'dır. Atomu oluşturan üç temel parçacık aşağıdaki kütlelere sahiptir:

proton kütlesi = 1,007277 amu nötron kütlesi = 1,008 665 amu elektron kütlesi = 0,000 548 6 a. sabah

Bu değerleri kullanarak her bir spesifik nüklidin izotopik kütlesini hesaplayabilirsiniz. Örneğin, 3JCl nüklidinin izotop kütlesi, 17 proton, 18 nötron ve 17 elektronun kütlelerinin toplamıdır:

17(1,007277 amu) + 18(1,008665 amu) + + 17 (0,0005486 amu) = 35,289005 amu. sabah

Ancak doğru deneysel veriler, 37C1'in izotop kütlesinin 34.968 85a değerine sahip olduğunu göstermektedir. Hesaplanan ve deneysel olarak bulunan değerler arasındaki fark 0,32016 amu'dur. Buna kütle kusuru denir; Kütle kusurunun nedeni Bölüm 2'de açıklanmaktadır. 1.3.

Atomların temel özelliklerinden biri de kütleleridir. Bir atomun mutlak (gerçek) kütlesi– değer son derece küçüktür. Atomları terazide tartmak mümkün değildir çünkü bu kadar hassas teraziler yoktur. Kütleleri hesaplamalar kullanılarak belirlendi.

Örneğin, bir hidrojen atomunun kütlesi 0,000 000 000 000 000 000 000 001 663 gramdır! En ağır atomlardan biri olan uranyum atomunun kütlesi yaklaşık olarak 0,000 000 000 000 000 000 000 4 gramdır.

Uranyum atomunun tam kütlesi 3,952 ∙ 10−22 g'dır ve tüm atomlar arasında en hafif olan hidrojen atomu 1,673 ∙ 10−24 g'dır.

Küçük sayılarla hesaplama yapmak sakıncalıdır. Bu nedenle atomların mutlak kütleleri yerine bağıl kütleleri kullanılır.

Bağıl atom kütlesi

Herhangi bir atomun kütlesi, başka bir atomun kütlesiyle karşılaştırılarak değerlendirilebilir (kütlelerinin oranını bulun). Elementlerin bağıl atom kütlelerinin belirlenmesinden bu yana, karşılaştırma olarak çeşitli atomlar kullanılmıştır. Bir zamanlar hidrojen ve oksijen atomları karşılaştırma için benzersiz standartlardı.

Göreceli atom kütlelerinin birleşik ölçeği ve yeni bir atom kütlesi birimi benimsendi Uluslararası Fizikçiler Kongresi (1960) ve Uluslararası Kimyacılar Kongresi (1961) tarafından birleştirildi.

Bugüne kadar karşılaştırma standardı şu şekildedir: Bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'si. Bu değere atomik kütle birimi adı verilir ve kısaltılmışı a.u.m'dir.

Atomik kütle birimi (amu) - bir karbon atomunun 1/12'sinin kütlesi

Bir hidrojen ve uranyum atomunun mutlak kütlesinin kaç kat farklı olduğunu karşılaştıralım. 1 amu, bunu yapmak için bu sayıları birbirine bölüyoruz:

Hesaplamalarda elde edilen değerler, elementlerin göreceli atomik kütleleridir - göreli Bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'si.

Böylece hidrojenin bağıl atom kütlesi yaklaşık 1, uranyumunki ise 238'dir. Bölme sırasında mutlak kütle birimleri (gram) iptal edildiğinden, bağıl atom kütlesinin ölçü birimi olmadığını lütfen unutmayın.

Tüm elementlerin bağıl atom kütleleri, Kimyasal Elementlerin Periyodik Tablosunda D.I. Mendeleev. Bağıl atom kütlesini belirtmek için kullanılan sembol Аr (r harfi göreceli kelimesinin kısaltmasıdır, bu göreceli anlamına gelir).

Elementlerin bağıl atom kütleleri birçok hesaplamada kullanılır. Kural olarak Periyodik Tabloda verilen değerler tam sayılara yuvarlanır. Periyodik Tablodaki elementlerin artan bağıl atom kütlelerine göre düzenlendiğini unutmayın.

Örneğin, Periyodik Tabloyu kullanarak bazı elementlerin bağıl atom kütlelerini belirleriz:

Ar(O) = 16; Ar(Na) = 23; Ar(P) = 31.
Klorun bağıl atom kütlesi genellikle 35,5 olarak yazılır!
Ar(Cl) = 35,5

• Bağıl atom kütleleri atomların mutlak kütleleriyle orantılıdır
• Bağıl atom kütlesini belirlemek için standart, bir karbon atomunun kütlesinin 1/12'sidir.
• 1 gün önce = 1,662 ∙ 10−24g
• Bağıl atom kütlesi Ar ile gösterilir
• Hesaplamalar için, bağıl atom kütlelerinin değerleri, Ar = 35,5 olan klor hariç, tam sayılara yuvarlanır.
• Bağıl atom kütlesinin ölçü birimi yoktur

Şu anda atomik kütle birimi, karbon 12 C'nin en yaygın izotopunun nötr atomunun kütlesinin 1/12'sine eşit olarak alınmaktadır, dolayısıyla bu izotopun atom kütlesi tanım gereği tam olarak 12'dir. Atomik kütle arasındaki fark Bir izotopun ve kütle numarasına aşırı kütle adı verilir (genellikle MeV cinsinden ifade edilir). Olumlu ya da olumsuz olabilir; ortaya çıkmasının nedeni, çekirdeklerin bağlanma enerjisinin proton ve nötron sayısına doğrusal olmayan bağımlılığının yanı sıra proton ve nötron kütlelerindeki farktır.

Bir izotopun atom kütlesinin kütle numarasına bağımlılığı şu şekildedir: Kütle fazlası hidrojen-1 için pozitiftir, kütle numarasının artmasıyla azalır ve demir-56 için minimuma ulaşılıncaya kadar negatif olur, daha sonra azalmaya başlar. ağır nüklidler için büyür ve pozitif değerlere yükselir. Bu, demirden daha ağır çekirdeklerin bölünmesinin enerji açığa çıkarması, hafif çekirdeklerin bölünmesinin ise enerji gerektirmesi gerçeğine karşılık gelir. Aksine, demirden daha hafif çekirdeklerin füzyonu enerji açığa çıkarırken, demirden daha ağır elementlerin füzyonu ek enerji gerektirir.

Hikaye

1960'lara kadar atom kütlesi, oksijen-16 nüklitinin atom kütlesi 16 (oksijen ölçeği) olacak şekilde tanımlanıyordu. Ancak atom kütlesi hesaplamalarında da kullanılan doğal oksijendeki oksijen-17 ve oksijen-18 oranı, iki farklı atom kütlesi tablosunun ortaya çıkmasına neden oldu. Kimyacılar, oksijen izotoplarının doğal karışımının atom kütlesinin 16 olacağı gerçeğine dayanan bir ölçek kullanırken, fizikçiler en yaygın oksijen izotopunun (sekiz proton ve sekiz nötrondan oluşan) atom kütlesine aynı sayıyı 16 olarak atadılar. ).

Bağlantılar

Wikimedia Vakfı.

2010.

Diğer sözlüklerde “Atom kütlesinin” ne olduğunu görün: Bir atomun kütlesi, atomik kütle birimleriyle ifade edilir. Atom kütlesi, atomu oluşturan parçacıkların (protonlar, nötronlar, elektronlar) kütlelerinin toplamından, etkileşimlerinin enerjisine göre belirlenen bir miktar kadar azdır (örneğin, Kütle Kusuru'na bakınız) ...

Büyük Ansiklopedik Sözlük Atom kütlesi, bir kimyasal elementin atomunun, atomik kütle birimleri (amu) cinsinden ifade edilen kütlesidir. 1 saat için Atom kütlesi 12 olan karbon izotopunun kütlesinin 1/12'si = 1,6605655 10 27 kg kabul edilir. Atom kütlesi tüm protonların kütlelerinden oluşur ve...

Nükleer enerji terimleri atom kütlesi - atomik kütle birimleriyle ifade edilen bir elementin atomlarının kütlesidir. 12 g izotop 12C ile aynı sayıda atom içeren bir elementin kütlesi. Genel kimya: ders kitabı / A. V. Zholnin ...

Kimyasal terimler ATOM KÜTLE - boyutsuz miktar. A. m. bir atom kimyasalının kütlesi. atomik birimlerle ifade edilen element (bkz.) ...

Büyük Politeknik Ansiklopedisi - (eski terim atom ağırlığı), bir atomun kütlesinin atomik kütle birimleri (a.m.u.) cinsinden ifade edilen göreceli değeri. A.m, kütle kusuru başına bileşen atomlarının kütlelerinin toplamından daha azdır. A. m. D. I. Mendeleev tarafından temel alındı. elementin karakteristiği... ...

Nükleer enerji terimleri Fiziksel ansiklopedi - - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. İngilizce-Rusça elektrik mühendisliği ve enerji mühendisliği sözlüğü, Moskova, 1999] Elektrik mühendisliğinin konuları, temel kavramlar EN atom ağırlığı ...

Teknik Çevirmen Kılavuzu Bir atomun kütlesi, atomik kütle birimleriyle ifade edilir. Bir izotop karışımından oluşan bir kimyasal elementin atom kütlesi, yüzde içerikleri dikkate alınarak izotopların atom kütlesinin ortalama değeri olarak alınır (bu değer periyodik olarak verilir).

Bu miktar kavramı, atom kavramındaki değişikliklere uygun olarak uzun vadeli değişikliklere uğramıştır. Dalton'un teorisine (1803) göre, aynı kimyasal elementin tüm atomları aynıdır ve atom kütlesi şuna eşit bir sayıdır: ... ... Collier Ansiklopedisi

Nükleer enerji terimleri- Atomik durumların çoğu T sritis Standardizasyon ve metroloji apibrėžtis Kimyasal elementler çok sayıda ve çok sayıda ¹²C atomu 1/12 günde bir. atitikmenys: ingilizce. atom kütlesi; atom ağırlığı; bağıl atom kütlesi vok. Atom kütlesi…

Nükleer enerji terimleri- Atomik statüler T sritis Standardizasyon ve metroloji apibrėžtis Vidutinės elemento atomu masės ve 1/12 nuklido ¹²C atomo masės dalmuo. atitikmenys: İngilizce. atom kütlesi; atom ağırlığı; bağıl atom kütlesi vok. Atommasse, f;… … Metrologijos terminų žodynas'ın kullanımı