Miten verrataan atomin massaa, kun se on liian pieni punnittavaksi suoraan?.

Tutkijat käyttävät suhteellista atomimassaa, jossa alkuaineen massaa verrataan hiili-12:een. Tämä menetelmä kuvaa atomimassat tarkasti ilman yksiköitä, mikä auttaa sinua työskentelemään kemiallisten yhtälöiden ja kaavojen kanssa.

Tutustumme suhteellisen atomimassan käsitteeseen, sen laskemiseen ja sen yhteyteen isotooppeihin. Opit suhteellisen atomimassan ja atomipainon eron, sen historiallisen taustan ja käytännön sovellukset kemiassa. Esimerkit ja kaavat auttavat sinua yhdistämään nämä ideat todellisiin kemiallisiin ongelmiin.

Relatiivinen atomimassa ja atomipaino: Nopea yhteenveto

Tarvitsetko vain perusasiat? Tässä on yksinkertainen selitys siitä, mikä on suhteellinen atomimassa eli Ar:

🟠 Relatiivinen atomimassa (Aᵣ) vertaa alkuaineen atomien keskimääräistä massaa kahdestoistaosaan hiili-12-atomin massasta.

🟠 Isotooppimassat ja niiden määrät näytteessä määrittävät alkuaineen Aᵣ:n.

🟠 Aᵣ lasketaan kertomalla kunkin isotoopin massa sen runsaudella ja laskemalla tulokset yhteen käyttäen Aᵣ = ∑ (isotooppimassa × runsaus).

🟠 Fluorin kaltaisilla alkuaineilla on kiinteä Aᵣ, kun taas isotooppivaihtelu aiheuttaa sen, että kloorin kaltaisilla alkuaineilla on vaihtelevat arvot.

🟠 Käytä Aᵣ:ta suhteellisen molekyylimassan (Mᵣ) löytämiseen, molaarisen massan laskemiseen ja kemiallisten yhtälöiden tasapainottamiseen.

Mikä on suhteellinen atomimassa?

Suhteellinen atomimassa (Aᵣ) vertaa tietyn alkuaineen atomin massaa yhteen kahdestoistaosaan hiili-12-atomin massasta. Tämä suhde on dimensioton, eli sillä ei ole yksiköitä, koska se on pelkkä suhteellisten massojen vertailu. Käyttämällä hiili-12:ta vertailukohtana kemistit varmistavat johdonmukaisuuden alkuaineita ja yhdisteitä koskevissa laskelmissa.

Suhteellisen atomimassan määritelmä

Suhteellinen atomimassa (Aᵣ) on alkuaineen kaikkien isotooppien massojen painotettu keskiarvo, joka on korjattu niiden luonnollisten runsauksien mukaan.

Esimerkiksi hiilen Aᵣ on noin 12,01, koska siinä otetaan huomioon hiili-12- ja hiili-13-isotooppien sekoitus. Tämä arvo yksinkertaistaa molekyylilaskelmia, jolloin voit määrittää moolimassat ja tasapainottaa kemiallisia yhtälöitä.

Relatiivinen atomimassa, atomipaino ja isotooppimassa

Monet sekoittavat suhteellisen atomimassan atomipainoon tai isotooppimassaan. Atomipaino viittaa standardiatomipainoon, joka on keskiarvo maankuoresta, ilmakehästä ja valtameristä otetuista näytteistä.

Relatiivinen isotooppimassa puolestaan mittaa tietyn isotoopin massaa suhteessa hiili-12:een ja jättää huomiotta luonnollisen runsauden.

Suhteellisessa atomimassassa yhdistyvät nämä tekijät, mikä tekee siitä käytännöllisen työkalun useimpiin kemiallisiin laskelmiin.

Seuraavien termien vertailu

Kun hallitset nämä erotukset, voit tulkita perioditaulukon arvoja varmasti ja soveltaa Aᵣ:ta tehokkaasti kemiassa.

Miten lasketaan suhteellinen atomimassa

Suhteellinen atomimassa (Aᵣ) lasketaan kaavalla, jossa otetaan huomioon isotooppimassat ja niiden luonnolliset runsaudet. Tämä menetelmä kuvastaa näytteessä esiintyvien isotooppien painotettua keskiarvoa. Laskennan avulla varmistetaan, että tulos edustaa tarkasti näytteen isotooppikoostumusta, olipa se luonnollinen tai synteettinen.

Suhteellisen atomimassan kaava on:.

Aᵣ = ∑ (isotooppimassa × runsaus).

Vaiheet Aᵣ:n laskemiseksi

• Tunnistetaan alkuaineessa esiintyvät isotoopit ja niiden isotooppimassat.
• Määritä kunkin isotoopin prosentuaalinen runsaus.
• Muunnetaan prosentuaalinen runsaus desimaaliluvuiksi (esim. 75 % = 0,75).
• Kerroin kunkin isotoopin massa sen kymmenesosamäärällä.
Kerroin.
• Lisää saadut arvot yhteen saadaksesi suhteellisen atomimassan.

Esimerkki 1: Kloorin suhteellisen atomimassan laskeminen

1. Kerää isotooppitiedot (Kloori koostuu kahdesta stabiilista isotoopista):

³⁵Cl: Isotooppimassa = 34,969, runsaus = 75,78 %
³⁷Cl: Isotooppimassa = 36,966, runsaus = 24,22 %.

2. Muunna runsaudet desimaaliluvuiksi:

³⁵Cl: 75,78 ÷ 100 = 0,7578
³⁷Cl: 24,22 ÷ 100 = 0,2422

3. Laske osuudet:

³⁵Cl: 34,969 × 0,7578 = 26,503
³⁷Cl: 36.966 × 0.2422 = 8.957

4. Lisää osuudet:

Aᵣ = 26,503 + 8,957 = 35,460.

Kloorin suhteellinen atomimassa on 35,46. Tämä arvo vastaa perioditaulukon tietoja ja osoittaa, miten Aᵣ-laskelmat riippuvat isotooppijakaumista.

Esimerkki 2: Hapen suhteellisen atomimassan laskeminen

1. Kerää isotooppitiedot (happi koostuu kolmesta stabiilista isotoopista):.

¹⁶O: Isotooppimassa = 15,9949, runsaus = 99,76 %
¹⁷O: Isotooppimassa = 16,9991, runsaus = 0,04 %
¹⁸O: Isotooppimassa = 17,9992, runsaus = 0,20 %.

2. Muunna runsaudet desimaaliluvuiksi:.

¹⁶O: 99,76 ÷ 100 = 0,9976
¹⁷O: 0,04 ÷ 100 = 0,0004
¹⁸O: 0,20 ÷ 100 = 0,0020

3. Laske rahoitusosuudet:

¹⁶O: 15,9949 × 0,9976 = 15,9565
¹⁷O: 16,9991 × 0,0004 = 0,0068
¹⁸O: 17,9992 × 0,0020 = 0,0360

4. Lisää osuudet:

Aᵣ = 15,9565 + 0,0068 + 0,0360 = 16,000.

Hapen suhteellinen atomimassa on noin 16,00. Tämä laajalti tunnettu alkuaine osoittaa, miten isotooppien pienetkin osuudet vaikuttavat lopulliseen arvoon.

Isotooppivaihtelut näytteissä

Isotooppikoostumus vaihtelee näytelähteestä riippuen, mikä vaikuttaa Aᵣ:een. Esimerkiksi piillä on kolme stabiilia isotooppia:

²⁹Si: Isotooppinen massa = 27,9769, Runsaus = 92,2297 %
²⁹Si: Isotooppinen massa = 28,9765, Runsaus = 4,6832 %
³⁰Si: Isotooppinen massa = 29,9738, Runsaus = 3,0872 %.

Laskenta noudattaa kaavaa:

Aᵣ(Si) = (27,9769 × 0,922297) + (28,9765 × 0,046832) + (29,9738 × 0,030872).

Puretaan se alaspäin:

27,9769 × 0,922297 = 25,803
28,9765 × 0,046832 = 1,358
29,9738 × 0,030872 = 0,926

Kun nämä arvot lasketaan yhteen, saadaan: Aᵣ(Si) = 25,803 + 1,358 + 0,926 = 28,085.

Eri ympäristöistä peräisin olevilla näytteillä voi olla hieman erilaiset isotooppijakaumat. Esimerkiksi maanpäällisissä kivissä oleva pii voi poiketa maan ulkopuolisten näytteiden piistä. Nämä vaihtelut vaikuttavat laskettuun Aᵣ:een.

Isotoopit ja suhteellinen atomimassa

Isotoopit vaikuttavat alkuaineen suhteelliseen atomimassaan (Aᵣ), sillä ne vaikuttavat neutronilukujensa perusteella erilaisiin atomimassoihin. Isotoopeilla on sama määrä protoneja, mutta ne eroavat toisistaan neutronien suhteen, mikä johtaa erilaisiin massoihin. Aᵣ kuvastaa näiden isotooppien painotettua keskiarvoa, jota on mukautettu niiden luonnollisen runsauden mukaan.

Esimerkiksi booria esiintyy ¹⁰B:nä ja ¹¹B:nä. Jos 20 % näytteestä on ¹⁰B:tä ja 80 % ¹¹B:tä, Aᵣ-laskelma on:

Aᵣ(B) = (10 × 0,2) + (11 × 0,8) = 10,8

Tämä osoittaa, miten isotooppijakauma vaikuttaa Aᵣ:een todellisissa näytteissä.

Monoisotooppiset vs. moni-isotooppiset alkuaineet

Alkuaineilla, joilla on vain yksi isotooppi, kuten fluorilla (¹⁹F), on kiinteät Aᵣ-arvot, mikä tekee niiden mittauksista johdonmukaisia. Usean isotoopin omaavilla alkuaineilla, kuten kloorilla (³⁵Cl ja ³⁷Cl), Aᵣ vaihtelee näytteen isotooppien suhteesta riippuen.

Esimerkiksi ³⁵Cl:n ja ³⁷Cl:n suhteelliset osuudet määräävät lopullisen arvon, joka voi vaihdella hieman eri näytteiden välillä.

Isotooppikoostumuksen sovellukset

Isotooppikoostumuksella on käytännön sovelluksia geokemiassa ja ydintieteessä. Geokemiassa isotooppisuhteiden avulla voidaan jäljittää materiaalien alkuperää ja paljastaa ympäristössä ajan kuluessa tapahtuneita muutoksia.

Esimerkiksi hiilen isotooppien analysointi antaa tietoa ilmastohistoriasta. Ydintieteessä isotooppitietoja käytetään polttoaineiden suunnitteluun ja energiantuotannon optimointiin. Tarkkojen suhteellisten atomimassojen (Aᵣ) laskeminen takaa tarkat mittaukset ja luotettavat tulokset näillä aloilla.

Suhteellisen atomimassan sovellukset

Suhteellinen atomimassa Ar on olennainen kemian alalla, erityisesti molaarimassojen ja stoikiometristen laskelmien laskennassa. Yhdistämällä Aᵣ-arvoja voidaan määrittää yhdisteiden suhteellinen molekyylimassa (Mᵣ), mikä on välttämätöntä tarkkojen mittausten suorittamiseksi reaktioissa ja kokeissa.

Ar:n sovellukset kemiassa

• Molaarimassan määrittäminen: Käytä Aᵣ-arvoja alkuaineiden ja yhdisteiden moolimassan laskemiseen kemiallisia reaktioita varten.
• Stoikiometria: Tasapainota kemiallisia yhtälöitä vertailemalla reaktantin ja tuotteen määriä.
• Isotooppianalyysi: Tutki isotooppisuhteita geokemian tai ydintieteen sovelluksia varten.
• Teolliset prosessit: Käytä Aᵣ:ta materiaalien standardointiin lääketeollisuudessa ja teollisuudessa.

Relatiivinen molekyylimassa (Mᵣ)

Yhdisteen Mᵣ lasketaan laskemalla sen atomien Aᵣ-arvot yhteen. Esim:

• Vedelle (H₂O):
  Mᵣ(H₂O) = (2 × 1) + 16 = 18
  
• Natriumkloridille (NaCl):
  Mᵣ(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5
  

Nämä laskutoimitukset auttavat sinua löytämään yhden mooli aineen massan, mikä mahdollistaa liuosten ja yhdisteiden tarkan valmistamisen.

Rooli kemiallisissa reaktioissa

Reaktioissa Aᵣ:n avulla voit ennustaa reagoivien aineiden ja tuotteiden määrät. Esim:

2H₂ + O₂ → 2H₂O.

Vedyn (1) ja hapen (16) Aᵣ:n avulla voit laskea, kuinka paljon vettä muodostuu annetuista reaktioaineista. Tämä tarkkuus on ratkaisevan tärkeää sekä laboratorio-olosuhteissa että laajamittaisissa teollisissa sovelluksissa.

Atomipainon historiallinen konteksti

Termiä "atomipaino" käytettiin aikoinaan yleisesti kuvaamaan alkuaineiden suhteellisia massoja. Varhaisissa mittauksissa vety toimi standardina, koska se oli kevyin alkuaine. Vuoteen 1961 mennessä tutkijat ottivat vertailustandardiksi hiili-12:n, jonka arvoksi määriteltiin tasan 12 atomimassayksikköä. Tämä muutos tarjosi vakaamman ja yleisesti hyväksytyn vertailukohdan.

Hiili-12:n käyttöönotto muutti terminologian "atomipainosta" "suhteelliseen atomimassaan" (Aᵣ), mikä korostaa, että tämä arvo on suhde eikä paino.

Päivityksestä huolimatta "atomipainoa" käytetään edelleen epävirallisesti, mikä aiheuttaa ajoittain sekaannusta. Terminologiakeskustelu heijastaa tieteellisen tarkkuuden kehittymistä. Hiili-12:n käyttöönotto on varmistanut johdonmukaisuuden ja tarkkuuden atomimassamittauksissa, jotka ovat nykyään olennainen osa sekä kemiaa että fysiikkaa.

Lisää tietämystäsi suhteellisesta atomimassasta

Onko sinulla vaikeuksia suhteellisen atomimassan tai Ar:n kanssa? Löydät lisää hyödyllisiä aiheita Kemian blogeistamme. Tai etsi tukiopettaja, joka voi selittää asian sinulle sopivalla tavalla.

Etsi tutoria käyttämällä ilmaisuja kuten "kemian tukiopettaja Espoo" tai "kemian opettaja Lahti" alustoilla kuten meet'n'learn. Löydät jonkun, joka voi räätälöidä oppitunnit tarpeittesi mukaan.

Jos haluat mieluummin oppia ryhmässä, etsi verkossa hakusanoilla "kemian kurssi Lieto" tai "kemian tunnit Riihimäki". Haku johdattaa sinut lähistöllä sijaitsevien kemian tukiopettajien luo.

Relatiivinen atomimassa: Usein kysytyt kysymykset

1. Mikä on suhteellinen atomimassa?

Suhteellinen atomimassa (Aᵣ) vertaa alkuaineen atomien keskimääräistä massaa kahdestoistaosaan hiili-12-atomin massasta.

2. Miten suhteellinen atomimassa lasketaan?

Lasket Aᵣ kaavalla Aᵣ = ∑ (isotooppimassa × runsaus).

3. Miten suhteellinen atomimassa eroaa atomipainosta?

Tutkijat käyttävät suhteellista atomimassaa oikeana terminä, kun taas atomipaino on vanhentunut nimitys samalle käsitteelle.

4. Miksi tiedemiehet käyttävät standardina hiili-12:ta?

Hiili-12 tarjoaa luotettavan ja johdonmukaisen vertailukohteen atomimassojen mittaamiseen.

5. Miten isotoopit vaikuttavat suhteelliseen atomimassaan?

Isotoopit muuttavat Aᵣ:ta, koska niiden erilaiset massat ja runsaudet vaikuttavat painotettuun keskiarvoon.

6. Miten monoisotooppiset ja moni-isotooppiset alkuaineet eroavat Aᵣ:ssa?

Monoisotooppisilla alkuaineilla, kuten fluorilla, on kiinteä Aᵣ, kun taas monoisotooppisten alkuaineiden, kuten kloorin, Aᵣ vaihtelee isotooppikoostumuksen mukaan.

7. Mitä tarkoittaa suhteellinen molekyylimassa (Mᵣ)?

Mᵣ laskee yhteen yhdisteen kemiallisen kaavan kaikkien atomien Aᵣ:t.

8. Miksi kemistit tarvitsevat suhteellista atomimassaa?

Kemistit käyttävät Aᵣ:ta molaaristen massojen laskemiseen, reaktioiden tulosten ennustamiseen ja kemiallisten yhtälöiden tasapainottamiseen.

Lähteet:

1. ThoughtCo
2. Creative Chemistry
3. Wikipedia