La massa atòmica mitjana no és una mesura directa d’un sol àtom. Aquesta massa és la massa mitjana per àtom d'una mostra general d'un element concret. Si poguéssiu calcular la massa d’una milmillonèsima part d’un àtom, podríeu calcular aquest valor de la mateixa manera que ho faríeu amb qualsevol altra mitjana. Afortunadament, hi ha una manera més senzilla de calcular la massa atòmica, que es basa en dades conegudes de les rareses de diferents isòtops.
Pas
Part 1 de 2: càlcul de la massa atòmica mitjana
Pas 1. Comprendre els isòtops i les masses atòmiques
La majoria dels elements es presenten de forma natural en diverses formes, anomenades isòtops. El nombre de massa de cada isòtop és el nombre de protons i neutrons del seu nucli. Cada protó i neutró pesa 1 unitat de massa atòmica (amu). L’única diferència entre dos isòtops d’un element és el nombre de neutrons per àtom, que afecta la massa atòmica. No obstant això, els elements sempre tenen el mateix nombre de protons.
- La massa atòmica mitjana d’un element es veu afectada per variacions en el nombre dels seus neutrons i representa la massa mitjana per àtom en una mostra general d’un element.
- Per exemple, la plata elemental (Ag) té 2 isòtops naturals, és a dir, Ag-107 i Ag-109 (o). 107Ag i 109Ag). Els isòtops es denominen en funció del seu "nombre de massa" o del nombre de protons i neutrons en un àtom. Això significa que l'Ag-109 té 2 neutrons més que l'Ag-107, de manera que la seva massa és una mica més gran.
Pas 2. Fixeu-vos en la massa de cada isòtop
Necessiteu 2 tipus de dades per a cada isòtop. Podeu trobar aquestes dades a llibres de text o fonts d’Internet com webelements.com. Les primeres dades són la massa atòmica, o la massa d’un àtom de cada isòtop. Els isòtops que tenen més neutrons tenen una massa més gran.
- Per exemple, l’isòtop de plata Ag-107 té una massa atòmica de 106, 90509 batxillerat (unitat de massa atòmica). Mentrestant, l’isòtop Ag-109 té una massa una mica més gran, és a dir 108, 90470.
- Els dos darrers decimals poden variar lleugerament entre fonts. No inclogueu cap número entre parèntesis després de la massa atòmica.
Pas 3. Escriviu l’abundància de cada isòtop
Aquesta abundància indica la freqüència d’un isòtop en termes d’un percentatge de tots els àtoms que formen un element. Cada isòtop és proporcional a l'abundància de l'element (com més gran sigui l'abundància d'un isòtop major serà l'efecte sobre la massa atòmica mitjana). Podeu trobar aquestes dades a les mateixes fonts que la massa atòmica. L’abundància de tots els isòtops ha de ser del 100% (tot i que pot haver-hi un petit error a causa d’errors d’arrodoniment).
- L'isòtop Ag-107 té una abundància del 51,86%, mentre que l'Ag-109 és una mica menys comú amb una abundància del 48,14%. Això vol dir que la mostra general de plata es compon d’un 51,86% d’Ag-107 i un 48,14% d’Ag-109.
- Ignoreu els isòtops l’abundància dels quals no consti. Isòtops com aquests no es produeixen de forma natural a la Terra.
Pas 4. Convertiu el percentatge d’abundància en un nombre decimal
Dividiu el percentatge d’abundància per 100 per obtenir el mateix valor en nombres decimals.
En el mateix problema, l’abundància és de 51,86 / 100 = 0, 5186 i 48, 14/100 = 0, 4814.
Pas 5. Trobeu la massa atòmica mitjana ponderada de l’isòtop estable
La massa atòmica mitjana d’un element amb un nombre d’isòtops n és igual a (massaisòtop 1 * abundànciaisòtop 1) + (massaisòtop 2 * abundànciaisòtop 2) + … + (massan isòtop * abundàncian isòtop . Aquest és un exemple de "mitjana ponderada", el que significa que, com més massa es troba (més gran és l'abundància), major serà l'efecte sobre el resultat. A continuació s’explica com utilitzar la fórmula anterior sobre plata:
-
Massa atòmica mitjanaAg = (massa107 d'agost * abundància107 d'agost) + (massaAg-109 * abundànciaAg-109)
=(106, 90509 * 0, 5186) + (108, 90470 * 0, 4814)
= 55, 4410 + 52, 4267
= 107, 8677 batxillerat.
- Mireu els elements de la taula periòdica per comprovar la vostra resposta. La massa atòmica mitjana sol figurar a sota del símbol de l’element.
Part 2 de 2: Ús dels resultats del càlcul
Pas 1. Converteix la massa en nombre atòmic
La massa atòmica mitjana mostra la relació entre la massa i el nombre atòmic en una mostra general d’un element. Això és útil en laboratoris de química, ja que és gairebé impossible calcular directament el nombre atòmic, però calcular la seva massa és bastant fàcil. Per exemple, podeu pesar una mostra de plata i estimar que cada 107.8677 amu de la seva massa conté 1 àtom de plata.
Pas 2. Converteix en massa molar
La unitat de massa atòmica és molt petita. Per tant, els químics solen pesar les mostres en grams. Afortunadament, aquest concepte es va definir per facilitar la conversió. Simplement multipliqueu la massa atòmica mitjana per 1 g / mol (constant de massa molar) per obtenir la resposta en g / mol. Per exemple, 107.8677 grams de plata contenen una mitjana d’1 mol d’àtoms de plata.
Pas 3. Trobeu la massa molecular mitjana
Com que una molècula és una col·lecció d’àtoms, podeu sumar les masses dels àtoms per calcular la massa molecular. Si utilitzeu la massa atòmica mitjana (no la massa d’un isòtop específic), el resultat és la massa mitjana de molècules que es troba naturalment a la mostra. Exemple:
- La molècula d’aigua té la fórmula química H2O. Per tant, es compon de 2 àtoms d’hidrogen (H) i 1 d’oxigen (O).
- L’hidrogen té una massa atòmica mitjana de 1.00794 amu. Mentrestant, els àtoms d’oxigen tenen una massa mitjana de 15.9994 amu.
- Massa molecular H2La mitjana O és igual a (1,00794) (2) + 15,9994 = 18,01528 amu, equivalent a 18,01528 g / mol.
Consells
- El terme massa atòmica relativa s'utilitza de vegades com a sinònim de massa atòmica mitjana. No obstant això, hi ha una lleugera diferència entre tots dos perquè la massa atòmica relativa no té unitats, però representa la massa en relació amb un àtom de carboni C-12. Sempre que utilitzeu unitats de massa atòmica en el càlcul de la massa mitjana, aquests dos valors són essencialment idèntics.
- Amb algunes excepcions especials, els elements a la dreta de la taula periòdica tenen una massa mitjana més gran que els elements de l'esquerra. Aquesta pot ser una manera fàcil de comprovar si la vostra resposta té sentit.
- 1 unitat de massa atòmica es defineix com 1/12 la massa d’un àtom de carboni C-12.
- L’abundància dels isòtops es calcula a partir de mostres que es produeixen de forma natural a la Terra. Els compostos inusuals, com ara meteorits o mostres de laboratori, poden tenir relacions d’isòtops diferents i, en conseqüència, diferents masses atòmiques mitjanes.
- El nombre entre parèntesis després de la massa atòmica representa la incertesa de l'últim dígit. Per exemple, una massa atòmica d'1,0173 (4) significa que una mostra general d'àtoms té una massa d'entre 1,0173 ± 0,0004. No cal que utilitzeu aquest número tret que se us demani al problema.
- Utilitzeu la massa atòmica mitjana per calcular masses que impliquen elements i compostos.
