وزن اتمی، مقدار و مول
برای این که روابط جرمی را در شیمی بررسی کنیم به اطلاعاتی درباره جرم اتم ها نیاز داریم و باید جرم نسبی اتم ها را مشخص کنیم.
اگر بخواهیم جرم اتمی نسبی را مشخص کنیم، اول باید بدانیم جرم اتمی نسبی را نسبت به چه چیز می سنجند. بر اساس یک توافق بین المللی جرم اتمی استاندارد که جرم اتم های دیگر با ان مقایسه می شود، کربن-12 است. کربن-12 فراوان ترین ایزوتوپ کربن می باشد. جرم یک اتم کربن-12 دقیقا 12 می باشد و جرم اتمی بقیه عناصر با اندازه گیری صحیح ترکیب درصد جرمی مواد خالص با آن مقایسه می شود. در صورت لزوم از ایزوتوپ هایی با فراوانی طبیعی استفاده می شود. برای سهولت، برای جرم اتمی از واحد خاصی به نام واحد جرم اتمی (amu) که با نماد uنشان داده می شود، استفاده می کنیم. بنابراین تعریف، جرم کربن12 برابر 12u است. 1u=1/66054×10-24g
جرم نسبی نیتروزن-14 را می توان با اندازه گیری دقیق پیدا کرد. این جرم 14/0030744 است.
چون این عدد جرم اتمی نسبی است پس واحدی ندارد. اما برای پیدا کردن جرم اتمی نسبی عناصر با چند ایزوتوپ (بعضی از عناصر بیش از یک ایزوتوپ پایدار دارند) باید بدانیم کدام ایزوتوپ و به چه مقدار وجود دارد. این مقدار را فراوانی در طبیعت می نامیم.
فراوانی در طبیعت را می توان به عنوان درصد هر ایزوتوپ یا کسری (درصد را بر صد تقسیم می کنیم) از هر ایزوتوپ در نمونه آن عنصر در طبیعت در نظر گرفت. این داده ها را می توان در جدول فراوانی عناصر در طبیعت پیدا کرد. همچنین نیاز داریم جرم اتمی نسبی ایزوتوپ های مختلف را بدانیم تا جرم اتمی نسبی هر عنصر را پیدا کنیم.
برای پیدا کردن جرم اتمی نسبی (گاه به اشتباه به آن وزن اتمی می گویند) یک عنصر در طبیعت، میانگین وزنی جرم های نسبی ایزوتوپ های موجود را با استفاده از فراوانی آنها در طبیعت حساب می کنیم.
در اینجا میانگین وزنی را با ضرب کردن درصد فراوانی هر ایزوتوپ در جرم اتمی نسبی حساب می کنیم. نتایج را جمع و حاصل را بر صد تقسیم می کنیم. چون ما جرم اتمی نسبی یک عنصر را از محاسبه میانگین وزنی به دست می آوریم، غالبا از وازه نادرست وزن اتمی برای این کمیت استفاده می شود. به کار بردن این وازه نادرست می باشد اما به عنوان وازه عامیانه برای میانگین وزنی جرم اتمی نسبی عنصر در درصد فراوانی آنها به کار می رود.
نکته قابل توجه برای ما جرم می باشد و نه وزن، اما عبارت وزن اتمی همواره به صورتی گسترده به کار می رود.
مثال:
منیزیم در طبیعت شامل 3 ایزوتوپ 25Mg ،24Mgو 26Mg می باشد. جرم نسبی این ایزوتوپ ها به ترتیب 24/986 ، 986/24 و 25/983 و فراوانی نسبی آنها 78/70%، 10/13% و 11/17% است. جرم اتمی نسبی منیزیم را در طبیعت حساب کنید.
ابتدا میانگین وزنی را به دست می آوریم یا از درصد فراوانی در طبیعت استفاده می کنیم و پاسخ را بر 100 تقسیم می کنیم، یا ابتدا درصد را به کسر تبدیل می کنیم.
24/31=(0/1117) (25/983) + (0/1013) (24/986) + (0/7870) (23/985)
وزن اتمی هر عنصر همراه با نماد عنصر در جدول تناوبی آمده است. مهم است که توجه کنید که هیچ اتمی جرمی مساوی با وزن اتمی ندارد. به یاد داشته باشید که وزن اتمی میانگین جرم اتم ها را نشان می دهد.
جرم اتمی متوسط ( میانگین جرم اتمی)- عدد جرمی یک عنصر تعداد پروتون ها و نوترون ها را در اتم مشخص می کند، ولی جرم اتمی مجموع جرم پروتون ها و نوترون ها را. به همین دلیل جرم اتمی و عدد جرمی دو اتم با هم برابر نیستند و جرم اتمها بر خلاف عدد جرمی آنها مقداری صحیح نبوده و کسری است. به عنوان مثال، اتم سدیم دارای یازده پروتون و دوازده نوترون در هسته اتم خود می باشد، پس عدد جرمی آن 23 = 12 + 11 است. اما برای تعیین جرم اتمی سدیم به این صورت عمل می کنیم. جرم یک پروتون بر حسب واحد جرم اتمی amu برابر 0073/1 و جرم یک نوترون نیز بر حسب واحد جرم اتمی amu برابر 0087/1 و جرم یک الکترون نیز بر حسب واحد جرم اتمی amu برابر 0005/0 می باشد.
علت کسری بودن جرم اتمی عنصرها:
1- در مقیاس واحد کربنی (amu )که جرم اتم ها بر اساس آن اندازه گیری می شود جرم پروتون و نوترون واحد نبوده و عددی کسری است. ( جرم پروتون amu 0073/1 و جرم نوترون amu 0087/1 می باشد.)
2- جرم اتمی یک عنصر به ایزوتوپهای آن و درصد فراوانی هر ایزوتوپ در طبیعت بستگی دارد.
مثال:
جرم اتمی نسبی بور 10/81 است. این عنصر دارای دو ایزوتوپ 10B و B11 است. جرم اتمی نسبی B10 برابر 10/013و فراوانی طبیعی آن 19/78% است. جرم اتمی نسبی 11B را پیدا کنید.
ابتدا میانگین وزنی را حساب می کنیم . فرض کنید x جرم اتمی نسبی 11B باشد.
(10/013) (0/1978) + (x) (1-0/1978)=10/81
x=11/01 11B جرم اتمی نسبی
ادامه دارد ...
مرکز یادگیری سایت تبیان - سلیمانیان
منبع:
http://bemirzaie.blogfa.com
