Περιεχόμενο
- Τι είναι τα άτομα;
- Ισότοπα και αριθμός μάζας
- Μέση φόρμουλα μάζας
- Σταθμισμένο Μέσο και Ισότοπα
- Μέση ατομική μάζα: Παράδειγμα
Ένα από τα κοινά καθήκοντα που θα πρέπει να εκτελέσετε ως εκκολαπτόμενος επιστήμονας που είναι σε θέση να εργαστεί με τα δεδομένα είναι η κατανόηση της έννοιας του μέσου όρου. Συχνά, θα συναντήσετε ένα δείγμα παρόμοιων αντικειμένων που διαφέρουν σύμφωνα με ένα μοναδικό χαρακτηριστικό που μελετάτε, όπως η μάζα.
Ίσως χρειαστεί να υπολογίσετε τη μέση μάζα μιας ομάδας αντικειμένων που δεν μπορείτε να ζυγίσετε απευθείας, όπως τα άτομα.
Τα περισσότερα από τα 92 άτομα που απαντώνται στη φύση προέρχονται από δύο ή περισσότερες ελαφρώς διαφορετικές μορφές, που ονομάζονται ισότοπα. Τα ισότοπα του ίδιου στοιχείου διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στον αριθμό των νετρονίων που περιέχονται στους πυρήνες τους.
Μπορεί να είναι χρήσιμο να εφαρμόσουμε όλες αυτές τις αρχές μαζί για να βρούμε τη μέση μάζα μιας επιλογής ατόμων που προέρχεται από μια γνωστή ομάδα διαφορετικών ισοτόπων.
Τι είναι τα άτομα;
Τα άτομα είναι η μικρότερη μεμονωμένη μονάδα ενός στοιχείου που αποτελείται από όλες τις ιδιότητες αυτού του στοιχείου. Τα άτομα αποτελούνται από έναν πυρήνα που περιέχει πρωτόνια και νετρόνια που περιστρέφονται γύρω από σχεδόν χωρίς μάζα ηλεκτρόνια.
Τα πρωτόνια και τα νετρόνια ζυγίζουν περίπου το ένα με το άλλο. Κάθε πρωτόνιο περιέχει ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο ίσο σε μέγεθος και αντίθετο στο σήμα σε σχέση με το ηλεκτρόνιο (αρνητικό), ενώ τα νετρόνια δεν φέρουν καθαρό φορτίο.
Τα άτομα χαρακτηρίζονται πρωτίστως από τον ατομικό τους αριθμό, ο οποίος είναι ακριβώς ο αριθμός των πρωτονίων στο άτομο. Η προσθήκη ή η αφαίρεση ηλεκτρονίων δημιουργεί ένα φορτισμένο άτομο που ονομάζεται ιόν, ενώ η αλλαγή του αριθμού των νετρονίων δημιουργεί ένα ισότοπο του ατόμου και επομένως το στοιχείο.
Ισότοπα και αριθμός μάζας
Ο αριθμός μάζας ενός ατόμου είναι ο αριθμός των πρωτονίων συν τα νετρόνια που έχει. Το χλώριο (Cr), για παράδειγμα, έχει 24 πρωτόνια (ορίζοντας έτσι το στοιχείο ως χρώμιο) και στην πιο σταθερή του μορφή - δηλαδή το ισότοπο που εμφανίζεται πιο συχνά στη φύση - έχει 28 νετρόνια. Ο αριθμός μάζας του είναι 52.
Τα ισότοπα ενός στοιχείου καθορίζονται από τον αριθμό μαζών τους όταν διαγράφονται. Έτσι, το ισότοπο άνθρακα με 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια είναι άνθρακας-12, ενώ το βαρύτερο ισοτόπιο με ένα επιπλέον νετρόνιο είναι άνθρακας-13.
Τα περισσότερα στοιχεία εμφανίζονται ως ένα μίγμα ισότοπων με ένα σημαντικό να υπερισχύει έναντι των άλλων από την άποψη της "δημοτικότητας". Για παράδειγμα, το 99,76% του φυσικώς απαντώμενου οξυγόνου είναι το οξυγόνο-16. Ορισμένα στοιχεία, ωστόσο, όπως το χλώριο και ο χαλκός, δείχνουν μια ευρύτερη κατανομή ισότοπων.
Μέση φόρμουλα μάζας
Ο μαθηματικός μέσος όρος είναι απλώς το άθροισμα όλων των επιμέρους αποτελεσμάτων σε ένα δείγμα διαιρούμενο με τον συνολικό αριθμό των στοιχείων ενός δείγματος. Για παράδειγμα, σε μια τάξη με πέντε μαθητές που πέτυχαν βαθμολογίες 3, 4, 5, 2 και 5, ο μέσος όρος της τάξης θα ήταν (3 + 4 + 5 + 2 + 5) ÷ 5 = 3.8.
Η μέση εξίσωση μάζας μπορεί να γραφτεί με πολλούς τρόπους και σε ορισμένες περιπτώσεις θα πρέπει να γνωρίζετε χαρακτηριστικά σχετικά με τον μέσο όρο, όπως τυπική απόκλιση. Προς το παρόν, απλώς εστιάστε στον βασικό ορισμό.
Σταθμισμένο Μέσο και Ισότοπα
Η γνώση του σχετικού κλάσματος κάθε ισοτόπου ενός συγκεκριμένου στοιχείου που εμφανίζεται στη φύση σας επιτρέπει να υπολογίσετε το ατομική μάζα του στοιχείου αυτού, το οποίο, επειδή είναι ένας μέσος όρος, δεν είναι η μάζα οποιουδήποτε ατόμου, αλλά ένας αριθμός που είναι μεταξύ των βαρύτερων και ελαφρύτερων ισοτόπων που υπάρχουν.
Εάν όλα τα ισότοπα ήταν παρόντα στην ίδια ποσότητα, θα μπορούσατε να προσθέσετε τη μάζα κάθε είδους ισοτόπου και να διαιρέσετε τον αριθμό των διαφόρων ειδών ισοτόπων που υπάρχουν (συνήθως δύο ή τρία).
Η μέση ατομική μάζα, που δίνεται σε μονάδες ατομικής μάζας (amu), είναι πάντα παρόμοια με τον αριθμό μάζας, αλλά δεν είναι ένας ακέραιος αριθμός.
Μέση ατομική μάζα: Παράδειγμα
Το Χλώριο-35 έχει ατομική μάζα 34.969 amu και αντιπροσωπεύει το 75.77% χλωρίου στη Γη.
Το Χλώριο-37 έχει ατομική μάζα 36.966 amu και ποσοστό αφθονίας 24.23%.
Για να υπολογίσετε τη μέση ατομική μάζα του χλωρίου, χρησιμοποιήστε τις πληροφορίες σε έναν περιοδικό πίνακα του στοιχείου (βλ. Πόροι) για να βρείτε τον (σταθμισμένο) μέσο όρο αλλά αλλάζοντας τα ποσοστά σε δεκαδικά ψηφία:
(34.969 χ 0.7577) + (36.966 χ 0.2423) = 35.45 amu