Atom Kütlesini Hesaplamanın 3 Yolu

2024 Yazar: Jason Gerald | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-19 22:14

atom kütlesi tek bir atom veya moleküldeki tüm proton, nötron ve elektronların toplamıdır. Bir elektronun kütlesi o kadar küçüktür ki göz ardı edilebilir ve dikkate alınamaz. Teknik olarak yanlış olmasına rağmen, atom kütlesi terimi genellikle bir elementin tüm izotoplarının ortalama atom kütlesini belirtmek için kullanılır. Bu ikinci tanım aslında nispi atom kütlesidir; atom ağırlığı bir element. Atom ağırlığı, aynı elementin doğal olarak oluşan izotoplarının ortalama kütlesini hesaba katar. Kimyagerler, çalışmalarını yönlendirmek için bu iki tür atom kütlesini birbirinden ayırmalıdır - örneğin, yanlış bir atom kütlesi değeri, deneysel sonuçların yanlış hesaplanmasına yol açabilir.

Adım

Yöntem 1/3: Periyodik Tabloda Atom Kütlesini Okuma

Adım 1. Atom kütlesinin nasıl temsil edileceğini anlayın

Atom kütlesi, bir atom veya molekülün kütlesidir. Atom kütlesi standart SI kütle birimleriyle ifade edilebilir - gram, kilogram, vb. Ancak, bu birimlerde ifade edildiğinde atomik kütle çok küçük olduğundan, atom kütlesi genellikle bileşik atomik kütle birimlerinde ifade edilir (genellikle u veya amu olarak kısaltılır). Bir atomik kütle birimi için standart, standart karbon-12 izotopunun kütlesinin 1/12'sidir.

Atomik kütle birimi, bir mol element veya molekülün kütlesini gram olarak ifade eder. Bu, pratik hesaplamalarda çok yararlı bir özelliktir, çünkü bu birim, aynı türden atomların veya moleküllerin kütleleri ve mol miktarları arasında dönüştürmeyi kolaylaştırır

Adım 2. Periyodik tablodaki atom kütlesini bulun

Çoğu periyodik tablo, her bir elementin bağıl atom kütlesini (atom ağırlığı) listeler. Bu kütle hemen hemen her zaman tablodaki element ızgarasının altında, bir veya iki harf okuyan kimyasal bir sembolün altında bir sayı olarak listelenir. Bu sayı genellikle tam sayı yerine ondalık sayı olarak gösterilir.

Periyodik tabloda listelenen bağıl atom kütlelerinin, ilgili elementlerin ortalama değerleri olduğunu unutmayın. Kimyasal elementlerin farklı izotopları vardır - atom çekirdeğinden bir veya daha fazla nötronun eklenmesi veya çıkarılması nedeniyle farklı kütlelere sahip kimyasal formlar. Bu nedenle, periyodik tabloda listelenen bağıl atom kütlesi, belirli bir elementin atomları için ortalama bir değer olarak kullanılabilir, ancak numara elementin tek bir atomunun kütlesi olarak.
Periyodik tabloda bulunanlar gibi bağıl atom kütleleri, atomların ve moleküllerin molar kütlelerini hesaplamak için kullanılır. Atom kütlesi, periyodik tabloda olduğu gibi amu ile temsil edildiğinde, teknik olarak hiçbir birimi yoktur. Bununla birlikte, atom kütlesini 1 g/mol ile çarpmak bize elementin mol kütlesi için kullanılabilecek bir miktar verir - elementin bir mol atomunun kütlesi (gram cinsinden).

Adım 3. Periyodik tablodaki değerlerin bir element için ortalama atom kütleleri olduğunu anlayın

Daha önce açıklandığı gibi, periyodik tablodaki her element için listelenen bağıl atom kütlesi, atomun tüm izotoplarının ortalama değeridir. Bu ortalama, birçok pratik hesaplama için önemlidir - örneğin, birkaç atomdan oluşan bir molekülün molar kütlesini hesaplamak. Ancak tek tek atomlarla çalışırken bu sayı bazen yeterli olmamaktadır.

Periyodik tablodaki değer, herhangi bir tek atom kütlesi için kesin bir değer değildir, çünkü birkaç farklı izotop türünün ortalamasıdır.
Tek tek atomlar için atom kütleleri, tek bir atomdaki tam proton ve nötron sayısı dikkate alınarak hesaplanmalıdır.

Yöntem 2/3: Tek Atomlar için Atom Kütlesini Hesaplama

Adım 1. Elementin veya izotopun atom numarasını bulun

Atom numarası, bir elementteki proton sayısıdır ve değişen bir numarası yoktur. Örneğin, tüm hidrojen atomlarının ve yalnızca hidrojen atomlarının bir protonu vardır. Sodyum atom numarası 11 çünkü çekirdeğinde on bir proton varken oksijenin atom numarası 8 çünkü çekirdeğinde sekiz proton var. Herhangi bir elementin atom numarasını periyodik tablodaki hemen hemen tüm standart periyodik tablolarda bulabilirsiniz. Atom numarası, bir veya iki harf okuyan kimyasal sembolün üzerindeki sayıdır. Bu sayı her zaman pozitif bir tam sayıdır.

Diyelim ki karbon atomlarıyla çalışıyoruz. Karbon her zaman altı protona sahiptir. Böylece atom numarasının 6 olduğunu biliyoruz. Periyodik tabloda ayrıca karbon (C) kutusunun üst kısmında karbonun atom numarasının altı olduğunu gösteren “6” sayısının olduğunu görüyoruz.
Bir elementin atom numarasının, periyodik tabloda yazıldığı gibi, göreceli atom kütlesi üzerinde doğrudan bir etkisi olmadığını unutmayın. Bir atomun atom kütlesi atom numarasının iki katı gibi görünse de (özellikle periyodik tablonun en üstündeki elementler arasında), atom kütlesi asla bir elementin atom numarasını iki ile çarparak hesaplanmaz.

Adım 2. Çekirdekteki nötron sayısını bulun

Nötron sayısı, belirli bir elementin atomları için değişebilir. Proton sayıları aynı ve nötron sayıları farklı olan iki atom aynı element olmasına rağmen, elementin farklı izotoplarıdır. Bir elementteki asla değişmeyen proton sayısından farklı olarak, belirli bir elementin atomlarındaki nötron sayısı değişebilir, bu nedenle elementin ortalama atom kütlesi iki tam sayı arasında ondalık bir değer olarak gösterilmelidir.

Nötron sayısı, bir elementin izotopu belirlenerek belirlenebilir. Örneğin, karbon-14, karbon-12'nin doğal olarak oluşan bir radyoaktif izotopudur. Element sembolünden önce en üstte (üst simge) küçük bir sayı atanan izotopları sık sık görürsünüz: ¹⁴C. Nötron sayısı, izotop sayısından proton sayısı çıkarılarak hesaplanır: 14 – 6 = 8 nötron.
Üzerinde çalıştığımız karbon atomunun altı nötrona sahip olduğunu varsayalım (¹²C). Tüm karbon atomlarının yaklaşık %99'unu oluşturan en yaygın karbon izotopudur. Bununla birlikte, karbon atomlarının yaklaşık %1'i 7 nötrona sahiptir (¹³C). 6 veya 7'den fazla veya daha az nötrona sahip olan diğer karbon atomu türleri ise sayıca çok azdır.

Adım 3. Proton ve nötron sayılarını toplayın

Bu atomun atom kütlesidir. Çekirdeğin etrafında dönen elektronların sayısı hakkında endişelenmeyin - birleşik kütle o kadar küçüktür ki çoğu pratik durumda bu kütle cevabınızı gerçekten etkilemez.

Karbon atomumuz 6 proton + 6 nötron = 12'ye sahiptir. Bu belirli karbon atomunun atom kütlesi 12'dir. Ancak, atom bir karbon-13 izotopuysa, atomun 6 protonu + 7 nötron = atom ağırlığı olduğunu biliyoruz. 13.
Karbon-13'ün gerçek atom ağırlığı 13.03355'tir ve bu ağırlık deneysel olarak belirlendiği için daha doğrudur.
Atom kütlesi, bir elementin izotoplarının sayısına neredeyse eşittir. Temel hesaplama amaçları için izotop sayısı atomik kütleye eşittir. Deneysel olarak belirlendiğinde, elektronların çok küçük kütle katkısı nedeniyle atom kütlesi izotop sayısından biraz daha fazladır.

Yöntem 3/3: Bir Elementin Bağıl Atom Kütlesini (Atomik Ağırlığı) Hesaplama

Adım 1. Örnekte bulunan izotopları belirleyin

Kimyagerler genellikle kütle spektrometresi adı verilen özel bir alet kullanarak bir numunedeki nispi izotop oranlarını belirler. Ancak öğrencilere ve üniversite öğrencilerine yönelik kimya derslerinde bu bilgiler genellikle size okul sınavlarında vs. bilimsel literatürde belirlenmiş notlar şeklinde verilmektedir.

Amaçlarımız için karbon-12 ve karbon-13 izotoplarıyla çalıştığımızı varsayalım

Adım 2. Numunedeki her izotopun göreli bolluğunu belirleyin

Belirli bir elementte, farklı oranlarda farklı izotoplar oluşur. Bu oran neredeyse her zaman yüzde olarak belirtilir. Bazı izotoplar çok yaygın oranlara sahipken, diğerleri son derece nadirdir - bazen o kadar nadirdir ki bu oranlar zar zor tespit edilebilir. Bu bilgi kütle spektrometrisi veya referans kitaplarından belirlenebilir.

Karbon-12 bolluğunun %99 ve karbon-13 bolluğunun %1 olduğunu varsayalım. Diğer karbon izotopları da mevcuttur, ancak bu örnek problemde ihmal edilebilecek kadar küçük miktarlarda bulunmaktadırlar

Adım 3. Her izotopun atom kütlesini numunedeki oranıyla çarpın

Her izotopun atom kütlesini bolluk yüzdesiyle çarpın (ondalık olarak yazılır). Bir yüzdeyi ondalık sayıya dönüştürmek için yüzdeyi 100'e bölmeniz yeterlidir. Ondalık sayıya dönüştürülen yüzdelerin sayısı her zaman 1 olacaktır.

Örneğimiz karbon-12 ve karbon-13 içerir. Karbon-12 numunenin %99'unu ve karbon-13 numunenin %1'ini oluşturuyorsa, 12'yi (karbon-12'nin atom kütlesi) 0,99 ve 13'ü (karbon-13'ün atom kütlesi) 0,01 ile çarpın.
Referans kitapları, bir elementin izotoplarının bilinen tüm miktarlarına dayalı olarak size yüzde oranları verecektir. Çoğu kimya ders kitabı bu bilgiyi kitabın arkasındaki bir tabloda içerir. Kütle spektrometresi ayrıca test edilen numunenin oranını da belirleyebilir.

Adım 4. Sonuçları ekleyin

Önceki adımda yaptığınız çarpma sonuçlarını toplayın. Bu toplamın sonucu, elementinizin nispi atom kütlesidir - elementinizin izotoplarının atom kütlelerinin ortalaması. Elementlerin spesifik izotopları değil de genel olarak ele alınmasında bu değer kullanılır.