Wie berechnet man die Atommasse

Video: Die Masse von Atomen I musstewissen Chemie

Inhalt

Schritte
Methode 1 von 3: Finden der Atommasse mithilfe des Periodensystems der Elemente
Methode 2 von 3: Berechnung der Atommasse eines einzelnen Atoms
Methode 3 von 3: Berechnung der relativen Atommasse (Atomgewicht) eines Elements
Tipps
Was brauchst du

Atommasse ist die Summe der Massen aller Protonen, Neutronen und Elektronen, aus denen dieses oder jenes Atom oder Molekül besteht. Im Vergleich zu Protonen und Neutronen ist die Masse der Elektronen sehr klein und wird daher in den Berechnungen nicht berücksichtigt. Obwohl dies aus formaler Sicht falsch ist, wird dieser Begriff oft verwendet, um die durchschnittliche Atommasse aller Isotope eines Elements zu bezeichnen. Tatsächlich ist dies die relative Atommasse, auch genannt atomares Gewicht Element. Das Atomgewicht ist der Durchschnitt der Atommassen aller natürlich vorkommenden Isotope eines Elements. Chemiker müssen bei ihrer Arbeit zwischen diesen beiden Arten von Atommassen unterscheiden – ein falscher Atommassenwert kann beispielsweise zu einem falschen Ergebnis für die Ausbeute eines Reaktionsprodukts führen.

Schritte

Methode 1 von 3: Finden der Atommasse mithilfe des Periodensystems der Elemente

1 Erfahren Sie, wie Atommasse geschrieben wird. Die Atommasse, d. h. die Masse eines bestimmten Atoms oder Moleküls, kann in Standard-SI-Einheiten ausgedrückt werden - Gramm, Kilogramm usw. Da die in diesen Einheiten ausgedrückten Atommassen jedoch extrem klein sind, werden sie oft in einheitlichen Atommasseneinheiten oder abgekürzt amu aufgezeichnet. - atomare Masseneinheiten. Eine atomare Masseneinheit entspricht 1/12 der Masse des Standardisotops Kohlenstoff-12.
- Die atomare Masseneinheit charakterisiert die Masse ein Mol eines bestimmten Elements in Gramm... Dieser Wert ist für praktische Berechnungen sehr nützlich, da er verwendet werden kann, um die Masse einer bestimmten Anzahl von Atomen oder Molekülen einer bestimmten Substanz einfach in Mol umzurechnen und umgekehrt.
2 Finden Sie die Atommasse im Periodensystem. Die meisten Standard-Periodensysteme enthalten die Atommassen (Atomgewichte) jedes Elements. Sie werden in der Regel als Zahl am unteren Rand der Zelle mit dem Element unter den Buchstaben des chemischen Elements angezeigt. Dies ist normalerweise keine ganze Zahl, sondern ein Dezimalbruch.
- Beachten Sie, dass alle im Periodensystem für jedes Element angegebenen relativen Atommassen Durchschnitt Werte. Die chemischen Elemente haben unterschiedliche Isotope - chemische Spezies, die aufgrund zusätzlicher oder fehlender Neutronen im Atomkern unterschiedliche Massen haben. Daher können die im Periodensystem aufgeführten relativen Atommassen als Mittelwert für die Atome eines bestimmten Elements verwendet werden, aber nicht als die Masse eines Atoms eines gegebenen Elements.
- Die im Periodensystem angegebenen relativen Atommassen werden zur Berechnung der Molmassen von Atomen und Molekülen verwendet. Atommassen ausgedrückt in amu (wie im Periodensystem) sind im Wesentlichen dimensionslos. Durch einfaches Multiplizieren der Atommasse mit 1 g / mol erhalten wir jedoch eine nützliche Eigenschaft eines Elements - die Masse (in Gramm) eines Mols der Atome dieses Elements.
3 Denken Sie daran, dass das Periodensystem die durchschnittlichen Atommassen der Elemente auflistet. Wie bereits erwähnt, sind die für jedes Element im Periodensystem angegebenen relativen Atommassen der Durchschnitt der Massen aller Isotope in einem Atom. Dieser Mittelwert ist für viele praktische Zwecke wertvoll: Er wird beispielsweise zur Berechnung der Molmasse von Molekülen verwendet, die aus mehreren Atomen bestehen. Bei einzelnen Atomen reicht dieser Wert jedoch meist nicht aus.
- Da die durchschnittliche Atommasse der Mittelwert für mehrere Isotope ist, ist der im Periodensystem angegebene Wert nicht präzise der Wert der Atommasse eines einzelnen Atoms.
- Die Atommassen einzelner Atome müssen unter Berücksichtigung der genauen Anzahl von Protonen und Neutronen in einem einzelnen Atom berechnet werden.

Methode 2 von 3: Berechnung der Atommasse eines einzelnen Atoms

1 Finden Sie die Ordnungszahl eines gegebenen Elements oder seines Isotops. Die Ordnungszahl ist die Anzahl der Protonen in den Atomen eines Elements, sie ändert sich nie. Zum Beispiel alle Wasserstoffatome und nur Sie haben ein Proton. Die Ordnungszahl von Natrium ist 11, weil sein Kern elf Protonen hat, während die Ordnungszahl von Sauerstoff acht beträgt, da sein Kern acht Protonen hat. Sie finden die Ordnungszahl jedes Elements im Periodensystem von Mendelejew - in fast allen Standardversionen wird diese Zahl über der Buchstabenbezeichnung des chemischen Elements angegeben. Die Ordnungszahl ist immer eine positive ganze Zahl.
- Angenommen, wir interessieren uns für ein Kohlenstoffatom. Es gibt immer sechs Protonen in Kohlenstoffatomen, daher wissen wir, dass seine Ordnungszahl 6 ist. Außerdem sehen wir, dass im Periodensystem im oberen Teil der Zelle mit Kohlenstoff (C) die Zahl "6" steht, die angibt dass die atomare Kohlenstoffzahl sechs ist.
- Beachten Sie, dass die Ordnungszahl eines Elements nicht eindeutig mit seiner relativen Atommasse im Periodensystem zusammenhängt. Obwohl es insbesondere für die Elemente oben in der Tabelle den Anschein hat, dass die Atommasse eines Elements das Doppelte seiner Ordnungszahl ist, wird sie niemals durch Multiplikation der Ordnungszahl mit zwei berechnet.
2 Finden Sie die Anzahl der Neutronen im Kern. Die Anzahl der Neutronen kann für verschiedene Atome desselben Elements unterschiedlich sein. Wenn zwei Atome desselben Elements mit derselben Protonenzahl eine unterschiedliche Neutronenzahl haben, handelt es sich um verschiedene Isotope dieses Elements.Anders als die Zahl der Protonen, die sich nie ändert, kann sich die Zahl der Neutronen in den Atomen eines bestimmten Elements oft ändern, so dass die durchschnittliche Atommasse eines Elements als Dezimalbruch mit einem Wert zwischen zwei benachbarten ganzen Zahlen geschrieben wird.
- Die Neutronenzahl kann durch die Bezeichnung des Isotops des Elements bestimmt werden. Kohlenstoff-14 ist beispielsweise ein natürlich vorkommendes radioaktives Isotop von Kohlenstoff-12. Oft wird die Isotopenzahl als hochgestellte Zahl vor dem Elementsymbol angegeben: C. Die Neutronenzahl ergibt sich durch Subtraktion der Protonenzahl von der Isotopenzahl: 14 - 6 = 8 Neutronen.
- Nehmen wir an, das interessierende Kohlenstoffatom hat sechs Neutronen (C). Es ist das am häufigsten vorkommende Isotop des Kohlenstoffs und macht etwa 99% aller Atome dieses Elements aus. Etwa 1% der Kohlenstoffatome haben jedoch 7 Neutronen (C). Andere Arten von Kohlenstoffatomen haben mehr als 7 oder weniger als 6 Neutronen und existieren in sehr kleinen Mengen.
3 Addiere die Anzahl der Protonen und Neutronen. Dies ist die Atommasse des gegebenen Atoms. Ignorieren Sie die Anzahl der Elektronen, die den Kern umgeben - ihre Gesamtmasse ist extrem klein, sodass sie Ihre Berechnungen praktisch nicht beeinflussen.
- Unser Kohlenstoffatom hat 6 Protonen + 6 Neutronen = 12. Somit ist die Atommasse dieses Kohlenstoffatoms 12. Wenn dies das Isotop "Kohlenstoff-13" wäre, dann würden wir wissen, dass es 6 Protonen + 7 Neutronen hat = Atomgewicht 13.
- Tatsächlich beträgt die Atommasse von Kohlenstoff-13 13,003355, und dieser Wert ist genauer, da er experimentell bestimmt wurde.
- Die Atommasse kommt der Isotopenzahl sehr nahe. Zur Vereinfachung der Berechnungen wird die Isotopenzahl oft gleich der Atommasse angenommen. Die experimentell ermittelten Werte der Atommasse überschreiten aufgrund des sehr geringen Beitrags der Elektronen die Isotopenzahl geringfügig.

Methode 3 von 3: Berechnung der relativen Atommasse (Atomgewicht) eines Elements

1 Bestimmen Sie, welche Isotope in der Probe enthalten sind. Chemiker bestimmen oft das Verhältnis der Isotope in einer bestimmten Probe mit einem speziellen Instrument, einem Massenspektrometer. Während des Trainings werden Ihnen diese Daten jedoch in den Bedingungen von Aufgaben, Kontrolle usw. in Form von Werten aus der wissenschaftlichen Literatur zur Verfügung gestellt.
- Nehmen wir in unserem Fall an, dass wir es mit zwei Isotopen zu tun haben: Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13.
2 Bestimmen Sie den relativen Gehalt jedes Isotops in der Probe. Für jedes Element kommen unterschiedliche Isotope in unterschiedlichen Anteilen vor. Diese Verhältnisse werden fast immer in Prozent ausgedrückt. Einige Isotope sind sehr häufig, andere sehr selten – manchmal so schwer zu erkennen. Diese Größen können mittels Massenspektrometrie bestimmt werden oder sind in einem Handbuch zu finden.
- Nehmen wir an, die Konzentration von Kohlenstoff-12 beträgt 99% und Kohlenstoff-13 beträgt 1%. Andere Isotope von Kohlenstoff Ja wirklich existieren, aber in so kleinen Mengen, dass sie in diesem Fall vernachlässigt werden können.
3 Multiplizieren Sie die Atommasse jedes Isotops mit seiner Konzentration in der Probe. Multiplizieren Sie die Atommasse jedes Isotops mit seinem Prozentsatz (ausgedrückt als Dezimalbruch). Um Prozente in Dezimalzahlen umzurechnen, dividieren Sie einfach durch 100. Die resultierenden Konzentrationen sollten immer 1 ergeben.
- Unsere Probe enthält Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13. Wenn Kohlenstoff-12 99% der Probe ausmacht und Kohlenstoff-13 1%, dann ist es notwendig, 12 (Atommasse von Kohlenstoff-12) mit 0,99 und 13 (Atommasse von Kohlenstoff-13) mit 0,01 zu multiplizieren.
- In den Nachschlagewerken werden Prozentangaben bezogen auf die bekannten Mengen aller Isotope eines Elements angegeben. Die meisten Chemielehrbücher enthalten diese Informationen in tabellarischer Form am Ende des Buches. Für die untersuchte Probe können die relativen Konzentrationen der Isotope auch mit einem Massenspektrometer bestimmt werden.
4 Addieren Sie die Ergebnisse. Summiere die Multiplikationsergebnisse, die du im vorherigen Schritt erhalten hast.Als Ergebnis dieser Operation finden Sie die relative Atommasse Ihres Elements - den Durchschnittswert der Atommassen der Isotope des betreffenden Elements. Bei der Betrachtung eines Elements als Ganzes und nicht eines bestimmten Isotops eines bestimmten Elements wird dieser Wert verwendet.
- In unserem Beispiel 12 x 0,99 = 11,88 für Kohlenstoff-12 und 13 x 0,01 = 0,13 für Kohlenstoff-13. Die relative Atommasse beträgt in unserem Fall 11,88 + 0,13 = 12,01.

Tipps

Einige Isotope sind weniger stabil als andere: Sie zerfallen in Atome von Elementen mit weniger Protonen und Neutronen im Kern und setzen Teilchen frei, aus denen der Atomkern besteht. Solche Isotope werden als radioaktiv bezeichnet.