Элементы относительная атомная масса — Справочник химика 21
Относительная атомная масса — частное от деления абсолютной атомной массы элемента на /12 абсолютной атомной массы изотопа углерода ЧС (так называемую углеродную единицу — у. е.). [c.4]
Таким образом, в настоящее время относительной атомной массой (или просто ато.чной массой) элемента называют массу его атома, выраженную в атомных единицах массы. [c.27]
Периодический закон Д. И. Менделеева. В отличие от своих предшественников Менделеев был глубоко убежден, что между всеми химическими элементами должна существовать закономерная связь, объединяющая их в единое целое, и пришел к заключению, что в основу систематики элементов должна быть положена их относительная атомная масса. [c.47]
Относительная атомная масса химического элемента (Л ) — это безразмерная величина, представляющая массу атома, выра- [c.24]
Д. и. Менделеев был глубоко убежден, что между всеми химическими элементами существует закономерная связь, объединяющая их в единое целое, и пришел к заключению, что в основу систематики элементов должна быть положена их относительная атомная масса. Расположив все элементы в порядке возрастающих атомных масс, он обнаружил, что сходные в химическом отношении элементы встречаются через правильные интервалы и что, таким образом, в ряду элементов многие их свойства периодически повторяются. Эта закономерность получила свое выражение в периодическом законе, который Менделеев формулировал следующим образом (1869 г.)
Увеличение толщины слоя до предельного значения (/ = = 10 см) может позволить снизить С.,,,н на порядок. Однако иа практике работают с кюветами толщиной 1—2 см, молярные коэффициенты светопоглощения окрашенных соединений в большинстве случаев не превышают 5-10 кроме того, в ходе выполнения анализа добавляют реактивы, производят разбавление растворов, в результате чего минимальные определяемые концентрации следовых количеств элементов увеличиваются до значений примерно 5-10 моль/л при спектрофотометрических определениях и до (1—2,5)-10 моль/л при фотоколориметрических определениях. Для элемента с относительной атомной массой 100 минимальные концентрации составят соответственно 0,05 и 0,1—0,3 мкг/мл. Если принять, что оптические плотности исследуемых растворов указанных концентраций измеряют в кювете с /==2 см, объем которой равен примерно 10 мл, то общее содержание элемента в этом объеме составит соответственно 0,5 и 1—3 мкг. Отсюда следует, что при навеске анализируемой пробы в 1 г обычный спектрофотометрический анализ позволяет определять минимальную массовую долю следов элементов на уровне 5-10 %, а фотоколориметрический— на уровне (1—3) % [c.185]
Способность элементов вступать в соединения лишь определенными порциями свидетельствовала о прерывном строении вещества. Развивая атомную теорию, Дальтон ввел близкое к современному представление об атомах и об относительных атомных массах элементов за единицу атомной массы он принял массу атома водорода как самого легкого. Он впервые в истории химии составил таблицу атомных масс, которая включала 14 элементов.
Д. и. Менделеев в 1869 г. установил главный принцип для разработки естественной системы элементов — относительные атомные массы — и сформулировал периодический закон. Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от их атомных масс. Это означает, что если бы химические и физические свойства каждого элемента выражались числом и откладывались на ординате, а атомные массы—на абсциссе, то на графике получались бы волнообразные кривые. [c.65]
Порядковый номер элемента Относительная атомная масса Содержание в земной коре, % Температура плавления, С Температура кипения, С Плотность, г/см [c.378]
И наконец, использование закона постоянства состава и закона кратных отношений позволило Д. Дальтону установить значения относительных атомных масс элементов, принимая за единичную — массу атома водорода. [c.16]
Из данных о строении ядра следует, что однозначным признаком химического элемента является заряд ядра 2, определяемый числом протонов в ядре и равный атомному номеру элемента в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева. Относительные атомные массы элементов, приводимые в периодической таблице, представляют собой усредненные значения из отно- [c.28]
Элемент, по атомный, ср Относительная атомная масса Электронная конфигурация внешнего слоя Атомный радиус, нм Ионный радиус Э , нм [c.109]
Решение. Пользуясь таблицей относительных атомных масс, находим массы атомов элементов [c.208]
Решение. Пользуясь таблицей относительных атомных масс элементов, вычислим молярную массу оксида азота (IV) я его массу
Периодический закон был открыт Д. И. Менделеевым на базе данных об относительных атомных массах элементов, о свойствах элементов и их соединений, которые были установлены главным образом с помощью методов аналитической химии. Закон позволял прогнозировать свойства неоткрытых элементов и их соединений, способы их разделения, выделения и обнаружения и решать многие химические, аналитические и другие вопросы. По результатам различных и в том числе аналитических исследований были внесены существенные дополнения и коррективы в периодическую систему элементов, составленную Менделеевым. [c.14]
Решение. Находим атомное соотношение элементов в химическом соединении Na Ny02, разделив содержание их в процентах по массе на относительные атомные массы [c.209]
Поскольку массы протона и нейтрона практически равны 1 а,е.м,, то масса атома в а,е,м, численно совпадает со значением массового числа. Поэтому число нейтронов в атоме с определенным значением массового числа можно получить, если из значения массового числа, совпадающего со значением относительной атомной массы, вычесть число протонов, совпадающее с порядковым номером элемента. [c.22]
Сумма числа протонов и нейтронов в ядре атома химического элемента называется массовым числом этого атома. Численно массовое число совпадает со значением относительной атомной массы. Атомы одного химического элемента, различающиеся значениями массового числа, называются изотопами. [c.24]
Какие изотопы Вы можете предположить для атома N (их два), исходя из значения относительной атомной массы этого элемента. Попробуйте рассчитать массовую долю каждого изотопа. [c.25]
Попробуем теперь использовать Периодическую таблицу для предсказания свойств неизвестных Вам элементов. Для этого воспользуемся тем, что в группе и периоде свойства меняются постепенно. Следовательно, свойства элемента должны представлять из себя нечто среднее между свойствами его ближайших соседей по группе и периоду. Рассчитаем, например, какой тогда будет относительная атомная масса атома Mg
Относительной атомной массой элемента (сокращенно — атомной массой) называют отношение средней массы атома при его природном изотопном составе к /i2 массы атома изотопа углерода g . Относительная атомная масса [c.21]
В таблице суммированы данные, которые полезно знать при выборе условий определения отдельных элементов методом атомной абсорбции в пламени обозначения и названия химических элементов относительные атомные массы элементов (А) атомные числа элементов (г) энергии диссоциации монооксидов — наиболее устойчивых химических соединений в пламени (Ло, эВ) энергии ионизации атомов ( /, эВ) длины волн резонансньк линий (нм), применяемых для измерения атомного поглощения положение энергетических уровней (нижнего и верхнего, см» ), соответствующих данному переходу рекомендуемая спектральная ширина щелей спектрофотометра с учетом возможных спектральных помех и оптимального соотношения сигнал/фон оценочное значение величины характеристической концентрации для конкретного типа пламени и возможные спектральные помехи при измерениях атомного поглощения. [c.917]
Порядковый вонер элемента Относительная атомная масса Содержание в земной коре, % Температура плавления, С Температура кипения, С Плотность при 20 С, г/см Твердость Степень окисления Реакционная способность [c.286]
Молекулы высокомолекулярных i единений (ВМС) состоят из атомов, соединенных между собой химическими связями, относительная молекулярная масса которых оиредсляетси суммой относительных атомных масс элементов, входящих в состав молекул, и изменяется от несколь.чпх тысяч до нескольких миллионов, а число атомов, содержащихся в молекуле, выражается цифрой порядка 1000—100 000. Например, длина молекулы этилена составляет 0,133 нм, а высокомолекулярного соединения полиэтилена — 1000—10 ООО нм.
Химическое вендество, или, более точно, индивидуальное вещество, состоит из одного определенного типа молекул. Молекулой назы-иается мельчайшая частица индивидуального вещества, способная существовать самостоятельно и сохраняющая химические свойства нещества. Химическое превращение, т. е. образование новых веществ, обладаюндих по сравнению с исходными вещества.ми нными свойствами, связано с изменением состава молекул вентества. Молекулы одних венгеств сложнее, чем других, т, е. различные вещества отличаются друг от друга сложностью и составом молекул.. Молекула характеризуется массой, которая определяется числом и массой входящих в ее состав атомов. Относительная молекулярная масса вептества и относительная атомная масса элемента — это масса молекулы или, соответственно, атома, выражается в условных атомных единицах. [c.12]
Молекулярные и атомные массы. Как известтсо, относительная молекулярная масса вещества и относительная атомная масса элемента — это масса молекулы или, соответственно, атома, выражеп-иая в условных атомных единицах. В качестве единицы измерения молекулярных и атомных масс вначале было предложено избрать массу атома водорода — самого легкого элемента, а затем одну шестнадцатую часть массы атома кислорода. В настоящее время за единицу прнията /12 массы атома изотопа углерода-12, отчего эта [c.17]
Одновременно в химии пользуются относительными атомными массами. Относительной атомной массой элемента называется отношение массы атома к /12 массе атома углерода. Обозначается относительная атомная масса элемента символом А , где г — начальная буква слова relative — относительный. Важно, что в отличие от величины Отд, величина А безразмерна. Связь между величинами Отд и А, показана соотношением
Значение молярной массы численно совпадает с относительной молекулярной массо11 вещества или относительной атомной массой элемента. [c.18]
Открытие новых элементов и изучение свойств элементов и их соединений, с одной стороны, позволили накопить большой фактический материал, а с другой — выявили необходимость его систематизации. Первыми попытками систематизации элементов следует, по-видимому, считать установление их общих групповых свойств. Так, наиболее резко выраженный основный характер был обнаружен у соединений элементов, названных щелочными металлами, а способность к проявлению кислотных свойств — у соединений галогенов. Кроме того, для многих элементов были получены количественные характеристики, определяющие их свойства. Среди них наибольший интерес прюдставляли относительная атомная масса элементов и их валентность, т. е. способность к образованию различных форм соединений. [c.19]
Водород (лат. hydrogenium), символ Н — первый химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атомный номер водорода 1, относительная атомная масса 1,0079. В природе встречаются два стабильных изотопа водорода — Н (протий) и или В (дейтерий), а также один радиоактивный — Н, или Т (тритий). Искусственно может быть получен неустойчивый изотоп Н. [c.97]
Алюминий — основной представитель металлов главной подгруппы III группы периодической системы хим11ческих элементов Д. И. Менделеева. Атомный номер 13, относительная атомная масса 26,98154. У алюминия единственный устойчивый изотоп А1. Свойства аналогов алюминия — галлия, индия и таллия — Ео многом напоминают свойства алюминия. Этому причина — одинаковое строение внешнего электронного слоя элементов — s p вследствие которого все они проявляют степень окисления + 3. Другие степени окисления нехарактерны, за исключением соединений одновалентного таллия, по свойствам близким к соединениям элементов I группы. В связи с этим будут рассмотрены свойства только одного элемента — алюминия и его соединеннй. [c.150]
Самый распространенный в природе переходный металл — железо Ке, элемент побочной подгруппы VIII группы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атомный номер его 26, относительная атомная масса 55,847. Чистое железо — блестящий серебристо-белый металл. Железо — один из наиболее распространенных элементов в природе, по содержанию в земной коре (4,65% по массе) уступает лишь кислороду, кремнию и алюминию. Оно входит в состав многих оксидных руд — гематита, или красного железняка Гв20з, магнетита Гез04 и др. [c.156]
Здесь Л ян — минимальное значение оптической плотности раствора, регистрируемое прибором В и ц — относительная атомная масса и число атомов определяемого элемента, содержащихся в составе молекулы светопоглощающего соединения К —значение конечного объема фотометрируемого раствора, мл. [c.186]
В табл. 1 приведены названия (русские и латинские) элементов, химические знаки, порядковые номера их в периодической системе элементов Д. И. Менделеева, относительная атомная масса и год открытия. Атомные массы приведены по Международной таблице 1981 г. Звездочкой обозначены искусственно полученные элементы древн. — элемент, известный в глубокой древности средн. — элемент открыт в средние века. В квадратных скобках приведены массовые числа изотопов, обладающих наибольшим для данного радиоактивного элемента периодом полураспада. Названия и химические знаки элементов, приведенные в круглых скобках, не являются общепринятыми. [c.6]
Определение атомных масс элементов имеет исключительно важное значение для всех разделов химической науки. Атомная масса —это среднее значение относительных атомных масс изо-гопов элемента с учетом их процентного содержания в данном образце. При протекании химических реакций соотношение изотопов не меняется, поэтому атомная масса остается практически постоянной. Исключение составляет только свинец, который в различных соединениях имеет неодинаковый изотопный состав это зависит от месторождения. Свинец из урансодержащих руд имеет атомную массу 206. В минералах, в которых свинец образовался при распаде тория, атомная масса свинца ра в-на 208. В наиболее распространенном минерале свинца — свинцовом блеске РЬ5 —атомная масса РЬ равна 207,21. Таким об- [c.37]
Значения относительных атомных масс приводятся в Периодической таблице под символом элемента. Например, относительная атомная масса хлора — 35,459, относительная атомнач масса кислорода -15,999. Атомные массы в а.е.м. дта тех же видов атомов составят 35,459 [c.19]
В центре атома находится положительно заряженое ядро, обладающее значительной (в масштабах атома массой и маленькими размерами. Различные атомы отличаются друг от друга значением заряда ядра. Атомы, обладающие одинаковым значением заряда ядра могут иметь различные значения относительной атомной массы, но проявляют одинаковые химические свойства. Следовательно, заряд ядра является важнейшей характеристикой атома и определяет его химические свойства. Поэтому значение заряда ядра выбрали за основной признак, по которому атомы относят к разным видам. Мы пришли к более строгому определению химического элемента. [c.21]
Во-первых, в природе атомы каждого элемента существуют в виде нескольких изотопов. В таблице приводятся усредненные значения относительных атомных масс с учетом распрретвансннрстц различных изотопов. Например, если элемент имеет два изотопа с массами А1 и А2, и их содержание в образце (а для составления таблицы образец — природа) соответственно 20% и 80%, то средняя относительная атомная масса этого элемента в образце (в данном случае табличная) будет 0,2хА1+0,8хА2. [c.23]
Относительная атомная масса показывает, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше, чем 1/12 массы агама углерода изотопа С (масса атома углерсда изотопа С 2×10″ кг). [c.238]
Аналогично относительной молекулярной массой (сокращенно — молекулярной массой) вещесШа называют отношение средней массы вещества определенного формульного состава, включающего атомы отдельных элементов в их природном изотопном составе, к 1/12 массы атома изотопа углерода Безразмерная величина — относительная молекулярная масса — обозначается символом Mr- Поскольку масса любой молекулы равна сумме масс составляющих ее атомов, то относительная молекулярная масса равна сумме соответствующих относительных атомных масс. Например, молекулярная масса воды, молекула которой содержит два атома водорода и один ато.м кислорода, равна М,(Н20)= 1,0079 2 -Ь 15,9994 = 18,0152. [c.21]
Химия — 7
Относительная атомная масса химического элемента показывает, во сколько раз масса его атома больше 712 массы атома углерода 12С
При вычислении относительной атомной массы водорода, кислорода, азота и углерода на основе данной формулы их атомные массы показываются соответственным образом:
| Ar(H) = 1,0078 ≈ 1 | Ar(N) = 14,0067 ≈ 14 |
| Ar(O) = 15,9994 ≈ 16 | Ar(C) = 12,0110 ≈ 12 |
Читаются они следующим образом: относительная атомная масса водорода приблизительно равна 1; кислорода — 16 и т.д.
Поскольку количество протонов и нейтронов составляет целое число, то относительная атомная масса любого элемента должна была бы быть выражена целым числом. Однако относительная атомная масса большинства элементов в таблице периодической системы представлена в виде дроби. Причина этого объясняется распространением в природе изотопов элементов в различном количестве. Относительная атомная масса природных изотопов элементов умножается на процент распространения их в природе, а при делении суммы полученных произведений на 100 мы получаем среднюю относительную атомную массу элемента. Например, распространение в природе изотопа хлора 35СI составляет 75%, а изотопа 37СI — 25%.
Относительные атомные массы других элементов даны в таблице «Периодической системы химических элементов».
На практике обычно пользуются относительными атомными массами. При этом следует различать относительные атомные массы, являющиеся безразмерными величинами, и атомные массы, которые измеряются в атомных единицах массы (численно они равны).
Примеры
Таблица 4
| Название химического элемента | Масса атома (в кг) | Масса атома (в а.е.м.) | Относительная атомная масса |
| Водород | 1,66•10-27 кг | 1 а.е.м. | 1 |
| Кислород | 2,66•10-26 кг | 16 а.е.м. | 16 |
| Углерод | 2,0•10-26 кг | 12 а.е.м. | 12 |
| Сера | 5,32•10-26 кг | 32 а.е.м. | 32 |
| Железо | 9,30•10-26 кг | 56 а.е.м. | 56 |
Раздел Тема | 7.3С Относительная атомная масса. Простейшие формулы Относительная атомная масса | |||||||||||||||||||||||||
Цель обучения | 7.1.2.8 — понимать, что большинство элементов на Земле встречаются в виде смеси изотопов, образовавшихся при формировании планет 7.1.2.9 — понимать, что атомные массы химических элементов, имеющие природные изотопы, являются дробными числами 7.1.2.10 – знать определение относительной атомной массы химических элементов | |||||||||||||||||||||||||
Уровень мыслительных навыков | Знание, понимание Применение | |||||||||||||||||||||||||
Критерий оценивания | понимают, что большинство элементов на Земле встречаются в виде смеси изотопов, образовавшихся при формировании планет понимают, что атомные массы химических элементов, имеющие природные изотопы, являются дробными числами знают определение относительной атомной массы химических элементов | |||||||||||||||||||||||||
Тестовое задание 1 Напишите округленные значения относительных атомных масс следующих химических элементов:
| ||||||||||||||||||||||||||
Дескрипторы: Расчитывают значение относительных атомных масс химических элементов используя атомные массы | ||||||||||||||||||||||||||
Тестовое задание 3 При определении относительной атомной массы химического элемента учитываются атомные массы и процентное содержание в природе всех изотопов данного элемента. Углерод в природе встречается в виде смеси двух изотопов: углерода 12С (98,89%) и 13С (1,11%). Относительная атомная масса природного углерода рассчитывается следующим образом: Ar(C) = (12 * 98,89% + 13 * 1,11%) = 12,0111 100% Калий имеет три природных изотопа: 36К, 38К и 40К. Их процентное содержание в природе равно соответственно 0,337%, 0,063% и 99,600% . Вычислите среднее арифметическое значение относительной атомной массы природного калия: _____________________________________________________________________________ | ||||||||||||||||||||||||||
Дескрипторы: Вычисляют среднее арифметическое значение относительной атомной массы, учитывая атомные массы и процентное содержание в природе всех изотопов данного элемента. | ||||||||||||||||||||||||||
Тестовое задание 4 Вычислите относительную атомную массу магния, если в известно, что в природе встречаются изотопы: магний 24 – 79%, магний 25 – 10%, магний 26 – 11%: ____________________________________________________________________________ | ||||||||||||||||||||||||||
Дескрипторы: Вычисляют среднее арифметическое значение относительной атомной массы, учитывая атомные массы и процентное содержание в природе всех изотопов данного элемента. | ||||||||||||||||||||||||||
Тестовое задание 5 Образец химического элемента представляет собой смесь двух изотопов. Содержание первого изотопа с атомной массой 107 равно 56,55%. Остальные 43,45% являются изотопом, имеющим атомную массу 109. Вычислите относительную атомную массу химического элемента и определите его положение в периодической таблице: _____________________________________________________________________________ | ||||||||||||||||||||||||||
Дескрипторы: Вычисляют среднее арифметическое значение относительной атомной массы, учитывая атомные массы и процентное содержание в природе всех изотопов данного элемента. | ||||||||||||||||||||||||||
Тестовое задание 6 Запишите химические формулы веществ, если они читаются:
| ||||||||||||||||||||||||||
Относительная атомная масса | Презентация к уроку по химии (8 класс) на тему:
Слайд 1
Относительная атомная массаСлайд 2
6 Декабрь, 2017 Знаки химических элементов. — название — произношение Al Ba Ca Na K Cl S F Pb Cu Hg H O C B Br Zn Ag Au N Si Fe I
Слайд 3
Имеют ли вес атомы и как его измерить? Джон Дальтон (1766-1844 ) английский физик и химик , изучая газы в составе воздуха , сделал вывод: «Я считаю , что атомы одного элемента одинаковы между собой , но отличаются от атомов других элементов . Если об их размерах нельзя сказать ничего определённого , то об основном их физическом свойстве говорить можно : атомы имеют вес».
Слайд 4
Массы атомов ничтожно малы Масса самого лёгкого атома водорода 0,000 000 000 000 000 000 000 001 674 г или 1,674 * 10 -24 г Масса самого тяжёлого атома урана 0,000 000 000 000 000 000 000 395 г или 3,95 * 10 -22 г Пользоваться такими величинами неудобно!
Слайд 5
Абсолютная и относительная масса Иногда используются не абсолютные, а относительные величины ; например, диетологи , чтобы определить имеется ли у человека избыток или недостаток веса используют показатель массы тела в килограммах относительно роста человека в метрах . Посчитайте во сколько раз вы увеличили свой вес относительно веса при рождении?
Слайд 6
Эталон для сравнения атомных масс Учёные пытались сопоставить во сколько раз массы атомов одних элементов тяжелее других. Джон Дальтон сравнивал атомные массы химических элементов с массой самого лёгкого атома водорода и в 1803 году составил первую таблицу относительных атомных масс элементов по водороду. Шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус в 1818 году предложил для сравнения массу атома кислорода. В 1961 году эталоном измерения или атомной единицей массы принята 1/12 часть массы атома углерода.
Слайд 7
Атомная единица массы m(1 а.е.м .)= 0,00000000000000000000000000166 кг= 1,66 × 10 -27 кг m a (H)=1 а.е.м. m a (He)=4 а.е.м.
Слайд 8
Относительная атомная масса -А r А r показывает во сколько раз масса атома элемента больше 1/12 части массы атома углерода или а.е.м . А r англ . « relative » — относительный величина безразмерная
Слайд 9
Как определить А r по таблице Д. И. Менделеева
Слайд 10
Значения относительных атомных масс некоторых химических элементов водород 1 1,00797 кислород углерод 15,9994 12,01115 8 6 А r (Н) =1 А r (С) =12 А r (О) =16
Слайд 11
Дробное значение А r хлор 17 35,454 В расчётах используют значения относительных атомных масс , округлённые до целых чисел, но в случае с хлором для более точных вычислений пользуются дробной величиной А r (С l )=35 ,5
Слайд 12
Что означают записи: m a (Al)=27 a.e. м. m a (S)=32 a.e. м. А r(Al)=26,9815≈27 Ar(S)=32,064≈32 Напишите округлённые значения относительных атомных масс элементов № 3 , 9, 17, 26 , 29 Определите во сколько раз масса атома железа больше а) массы атома водорода б) массы атома кислорода в) 1/12 массы атома углерода
Слайд 13
Относительная молекулярная масса -М r показывает во сколько раз масса молекулы вещества больше 1/12 массы атома углерода равна сумме относительных атомных масс элементов , входящих в состав молекулы вещества, с учётом числа атомов для немолекулярных веществ это понятие употребляется условно
Слайд 14
Относительная молекулярная масса -М r Mr (CO 2 )= Ar (C)+Ar (O) × 2 =12+16 × 2 =12 +32 =44
Слайд 15
Рассчитайте М r (H 2 ) = Mr ( СаС l 2 ) = Mr (CaCO 3 ) = М r (Ca(OH) 2 )= Mr ( СН 3 СООН )= М r (Ca 3 (PO 4 ) 2 )= 1 × 2 =2 40+ 35 ,5× 2 =111 40+12+16× 3 =100 40+16× 2 +1× 2 =74 12× 2 +1× 4 +16× 2 = 60 40× 3 +31× 2 +16× 8 =120+62+128=310
Слайд 16
Химический диктант I вариант М r(SO 3 ) = Mr(NO 2 ) = Mr(Al 2 S 3 ) = Mr(Cl 2 ) = Mr(K 2 CO 3 ) = Mr(Al(OH) 3 ) = II вариант М r(SO 2 ) = Mr(N 2 O 5 ) = Mr(Fe 2 S) = Mr(SiCl 4 ) = Mr(Na 2 SO 4 ) = Mr(Cu(OH) 2 ) =
Слайд 17
IV . Массовая доля элемента в веществе . 6 Декабрь, 2017 I . Массовая доля — w w ( Э) = n Ar (Э) Mr( в-ва) n – число атомов в молекуле (индекс) Ar – относительная атомная масса Mr – относительная молекулярная масса Пример: Найти w ( С) в молекуле СаСО 3 1. Mr (СаСО 3 ) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3 Ar(O) =40 + 12 + 48 = 100 2. w (C ) = Ar ( C ) Mr(CaCO 3 ) 12 100 = = 0 , 12 (12%) Проверка знаний
Слайд 18
Спасибо за работу на уроке !
Относительная атомная масса химических элементов | Химия простым языком
Размеры и массы молекул очень малы. Размеры и массы атомов ещё меньше. Масса самого лёгкого атома — атома водорода равна 1,67375 ⋅ 10−24 г, масса атома кислорода — 2,656812 ⋅ 10−23 г, а масса атома углерода — 1,9927 ⋅ 10−23 г. Производить расчёты с такими числами неудобно. Поэтому для измерения масс атомов и молекул была введена атомная единица массы (а. е. м.).
Атомная единица массы — это 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а. е. м.
- 1 а. е. м. = 1,99265 ⋅ 10−23 г : 12 = 1,66054 ⋅ 10−24 г
На Земле встречаются три разновидности атомов углерода, различающиеся массой. Такие разновидности атомов одного и того же элемента называют
изотопами. В данном случае речь идёт о разновидности, масса атомов которой в атомных единицах массы равна 12.Разделив массу атома какого-либо химического элемента на 1/12 массы атома углерода, получают величину, которую называют относительной атомной массой и обозначают Ar.
Например, относительную атомную массу водорода и кислорода вычисляют следующим образом:
Аr(Н) = 1,67375 ⋅ 10−24 г : 1,66054 ⋅ 10−24 г = 1,0078 (~ 1)
Аr(О) = 2,656812 ⋅ 10−23 г : 1,66054 ⋅ 10−24 г = 15,999 (~ 16)
- ОТНОСИТЕЛЬНАЯ АТОМНАЯ МАССА элемента (Аr) показывает, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а. е. м.
Первую таблицу относительных атомных масс ряда элементов составил английский учёный Джон Дальтон в 1803 г. В память о его трудах химики иногда называют атомную единицу массы дальтоном (сокращённо Da).
Значение относительной атомной массы каждого химического элемента приведено в периодической таблице Д. И. Менделеева. На практике эти значения обычно округляют до целых чисел.В прикреплённой таблице написаны относительные атомные массы некоторых химических элементов:
Относительная атомная масса
Раздел долгосрочного планирования: 7.3С Относительная атомная масса. Простейшие формулы | Школа: КГУ «Мироновская СШ» | |||||
Дата: | ФИО учителя: Полякова С.В. | |||||
Класс: 7 | Присутствовали: Не присутствовали: | |||||
Тема урока | Относительная атомная масса | |||||
Учебные цели, достигаемые на этом уроке: | 7.1.2.8 – понимать, что большинство элементов на Земле встречаются в виде смеси изотопов, образовавшихся при формировании планет; 7.1.2.9 – понимать, что атомные массы химических элементов, имеющие природные изотопы, являются дробными числами; 7.1.2.10 – знать определение относительной атомной массы химических элементов | |||||
Цель урока: |
| |||||
Критерии оценки: |
| |||||
Языковые цели: | Лексика и терминология, специфичная для предмета: атомная единица массы, относительная атомная масса, атом, химический элемент, изотоп Полезные выражения для диалогов и письма: Большинство элементов на Земле встречаются в виде смеси изотопов, например, … По правилам округления, если после запятой стоит цифра меньше 5/больше 5 или 5, то число остается без изменения/увеличивается на единицу. | |||||
Привитие ценностей: | Привитие уважения к труду, развитие критического мышления, проявление уважения к одноклассникам при работе в группе, проявление уважения к другим точкам зрения. | |||||
Межпредметные связи: | Математика – математические расчеты, знание о среднем арифметическом | |||||
Предшествующие знания: | 7.2А Атомы. Молекулы. Вещества 7.3В Периодическая таблица химических элементов | |||||
Основные методы и формы: | «Круг радости», «Думай-объединяйся-делись», «Мозговой штурм», разминка «Успокоение», «Круг вопросов», «Телеграмма», беседа, анализ по тексту, работа с учебником, индивидуальная работа (ИР), групповая работа (ГР) | |||||
Ход урока: | ||||||
Этапы урока | Запланированная деятельность на уроке | Ресурсы | ||||
I. Организационный момент: | ||||||
1 минута | Создание коллаборативной среды. Проводится разминка «Круг радости». Дети и учитель встают в круг, и каждый участник круга по очереди делает комплимент человеку стоящему справа. | |||||
2 минута | Деление учащихся на группы по цвету стикера | стикеры | ||||
II. Актуализация ЗУН: | ||||||
3-12 минута | Актуализация ЗУН проходит по методу «Думай-объединяйся-делись» (ИР, ГР). Учитель задает вопросы: 1. Дайте определение атомам и молекулам. 2. Что такое химический элемент? 3. В каких единицах измеряется масса? 4. Может ли масса атома быть большой? Сначала учащиеся самостоятельно размышляют над данными вопросами, затем обсуждаются в группах с целью объединения лучших ответов. Впоследствии происходит озвучивание ответов учениками. При необходимости учитель корректирует ответы. | |||||
III. Постановка цели | ||||||
13-14 минута | Постановка цели проводится в ходе диалога «Учитель-ученик» (ИР, ГР). Учащиеся в ходе актуализации ЗУН приходят к выводу, что масса атома чрезвычайно мала, поэтому ей пользоваться сложно. Следовательно, должна быть относительная величина, которой было бы удобно пользоваться. Тем самым формируется цель урока. | |||||
IV. Изучение нового материала | ||||||
15-19 минута | Изучение нового материала проходит через «Мозговой штурм» (ИР, ГР). Учащиеся под руководством учителя знакомятся с атомной единицей массы и относительной атомной массой. На примере гелия вычисляют относительную атомную массу через абсолютную массу атома гелия и атомную единицу массы. Также показывается, что относительная атомная масса для каждого элемента указана в Периодической таблице. | учебник, стр. 90-91 | ||||
20-21 минута | Обсуждение вопроса в группах: Почему относительная атомная масса выражается не целым числом? | |||||
22-25 минута | После обсуждения группами, ученикам выдается текст по относительной атомной массе. Учащиеся ознакамливаются с ним и самооценивают себя насчет вопроса заданного ранее. | Приложение 1 | ||||
26-28 минута | На примере изотопов хлора учителем показывается алгоритм вычисления относительной атомной массы с учетом изотопного состава. | |||||
V. Физ. минутка | ||||||
29-30 минута | Проводится разминка «Успокоение». Учитель говорит слова, а дети выполняют действия, отражающие смысл слов. Все выбирают удобную позу сидения. Нам радостно, нам весело! Смеёмся мы с утра Но вот пришло мгновение, Серьёзным стать пора. Глазки прикрыли, ручки сложили, Головки опустили, ротики закрыли. И затихли на минутку, Чтоб не слышать даже шутку, Чтоб не видеть никого, А себя лишь одного! После медленного проговаривания этих слов выдерживается пауза, после которой дети приступают к работе. | |||||
VI. Этап закрепления: | ||||||
31-37 минута | Закрепление проходит по методу «Круг вопросов» (ИР, ГР). Учащиеся записывают на стикерах вопросы и отдают учителю. Учитель зачитывает вопросы. Группы отвечают на них. При необходимости учитель корректирует ответы. Также задает дополнительные вопросы по изученному материалу, если какие-то не охвачены учениками. | стикеры | ||||
38-42 минута | Проведение формативного оценивания (ИР) | Приложение 2 | ||||
VII. Домашнее задание: | ||||||
43 минута | Выдается дифференцированное домашнее задание по уровням A, B и C | Приложение 3 – разноуровневые индивидуальные карточки с домашним заданием | ||||
VIII. Этап рефлексии | ||||||
44-45 минута | Рефлексия проходит по методу «Телеграмма» (ИР). Каждому обучающемуся предлагается заполнить бланк телеграммы, используя инструкцию: «Что вы думаете о прошедшем занятии? Что было для вас важным? Чему вы научились? Что вам понравилось? Что осталось неясным? В каком направлении нам стоит продвигаться дальше? Напишите мне, пожалуйста, об этом короткое послание – телеграмму из 11 слов. Я хочу узнать ваше мнение для того, чтобы учитывать его в дальнейшей работе.» | бланки телеграмм, инструкция | ||||
Дифференциация – каким способом вы хотите больше оказывать поддержку? Какие задания вы даете ученикам более способным по сравнению с другими? | Оценивание – как Вы планируете проверять уровень освоения материала учащимися? | Охрана здоровья и соблюдение техники безопасности | ||||
При групповой работе предполагается дифференцированный подход. Если некоторые учащиеся не смогут правильно ответить на некоторые вопросы, то учащиеся с более высоким уровнем знаний, занимаясь поиском, правильно ответят на них. Домашнее задание также предполагает дифференцированный подход. Выдаются индивидуальные карточки с домашним заданием по трем разным уровням – уровни A, B и C. | Наблюдение учителя (похвала). Самооценивание. Письменное ФО. | Применение здоровьесберегающей технологии. Использование физ. минутки и частая смена активных видов деятельности. | ||||
Приложение 1
Относительная атомная масса
Относительная атомная масса химического элемента рассчитывается как средняя масса его изотопов с учётом их распространённости в природе. Поэтому относительная атомная масса часто не является целым числом.
Для расчета относительной атомной массы элемента, представленного в природе в виде смеси изотопов, необходимо умножить процент каждого изотопа на его атомную массу и сложить их вместе.
если после запятой стоит цифра меньше 5, то число остается без изменения.
если после запятой стоит цифра 5 или больше 5 , то число увеличивается на единицу.
Запомните: Единственным элементом, у которого принято округлять относительную атомную массу до десятых, является хлор. Аr (Cl) = 35,5
Приложение 2
Формативное оценивание по теме «Относительная атомная масса»
Раздел: | 7.3C Относительная атомная масса. Простейшие формулы | ||||
Тема: | Относительная атомная масса | ||||
Цели обучения: | 7.1.2.8 – понимать, что большинство элементов на Земле встречаются в виде смеси изотопов, образовавшихся при формировании планет; 7.1.2.9 – понимать, что атомные массы химических элементов, имеющие природные изотопы, являются дробными числами; 7.1.2.10 – знать определение относительной атомной массы химических элементов | ||||
Уровень навыков мышления: | Знание и понимание | ||||
Критерии оценивания: |
| ||||
Задание | |||||
1. В чём заключается различие и сходство природных изотопов? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 2. Определите относительные атомные массы приведенных химических элементов по Периодической таблице химических элементов:
3. В природном углероде содержатся изотопы с массами 12 и 13. Их соотношение таково: = 98,93% : 1,07% Рассчитайте относительную атомную массу углерода с учетом его изотопного состава: | |||||
Критерий оценивания | Дескриптор | ||||
Определяет различие и сходство природных изотопов по структуре | |||||
Определяет относительные атомные массы химических элементов по Периодической таблице химических элементов | |||||
Рассчитывает относительные атомные массы химических элементов по их изотопному составу |
| ||||
Приложение 3
Домашнее задание
Уровень А
Запишите с помощью обозначений округленное до целого числа значение:
а) относительной атомной массы кислорода – ………………………………;
б) относительной атомной массы натрия – …………………………………..;
в) относительной атомной массы меди – …………………………………… .
Уровень В
Приведены названия химических элементов: ртуть, фосфор, водород, сера, углерод, кислород, калий, азот. В пустые клеточки впишите символы элементов таким образом, чтобы получился ряд, в котором относительная атомная масса увеличивается:
Ar
Уровень С
Найти верные утверждения и подтвердить математическими расчетами:
а) масса десяти атомов кислорода равна массе двух атомов брома
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………;
б) масса пяти атомов углерода больше массы трех атомов серы
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………;
в) масса семи атомов кислорода меньше массы пяти атомов магния
……………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………….
Относительная молекулярная масса — формула, примеры, таблица (химия, 8 класс) — Природа Мира
Время чтения 4 мин.Просмотры 769Обновлено
Для химиков важно знать массы молекул исследуемых ими веществ. Измерять их в килограммах неудобно, поэтому ученые используют а. е. м. – атомные единицы массы.
Понятие атомной единицы массы
На сегодняшний день принята договоренность, что масса атома углерода (а точнее его изотопа углерод-12) в точности равна 12 а. е. м. По этой причине используемую химиками величину иногда называют углеродной единицей. Ранее ученые использовали другие единицы – водородную и кислородную, но они по ряду причин оказались неудобными. Опыты показывают, что 1 а. е. м. равна примерно 1,66•10–27 кг.
Атомная масса показывает, какую массу имеет тот или иной атом. Найти ее можно в таблице Менделеева. Обычно в этой таблице масса записана как дробное число, очень близкое к какому-либо целому значению. Например, атомная масса водорода составляет 1,000797 а. е. м., у гелия она равна 4,0026 а. е. м., а у кислорода 15,9994 а. е. м. При решении практических задач принято округлять эти значения до целых чисел. То есть надо считать, что у водорода атомная масса равна 1 а. е. м, у гелия – 4 а. е. м., у кислорода – 16 а. е. м. Исключением является хлор, чью массу округляют до значения 35,5 а. е. м.
Важно понимать, что на самом деле у одного и того же элемента атомы могут иметь различную массу. Такие отличающиеся по массе атомы называются изотопами. У изотопов одного элемента одинаковое количество протонов, но различное количество нейтронов. При этом все изотопы одного элемента имеют одинаковые химические свойства.
В таблице Менделеева указан средний вес всех изотопов, при этом учитывается их распространенность в природе. Например, у кислорода есть три стабильных изотопа:
- кислород-16 (масса 15,9949 а. е. м, распространенность 99,759%)
- кислород-17 (масса 16,9991 а. е. м., распространенность 0,037%)
- кислород-18 (масса 17,9991 а. е. м., распространенность 0,204%)
С учетом этого атомная масса кислорода, указанная в таблице Менделеева, рассчитывается так:
(15,9949•99,759 + 16,9991•0,037 + 17,9991•0,204)/100 = 15,9994 а. е. м.
Молекулярная масса
Таблица “Относительные молекулярные массы органических веществ”Зная атомные массы отдельных элементов, можно находить и молекулярные массы молекул. Для этого надо всего лишь сложить атомные массы тех атомов, которые входят в состав молекулы.
Например, рассмотрим молекулу метана, она имеет формулу СН4, то есть состоит из 1 атома углерода (который весит 12 а. е. м.) и 4 атомов водорода (каждый массой по 1 а. е. м.). Складываем атомные массы:
12 + 1 + 1 + 1 + 1 = 12 + 4•1 = 16 а. е. м.
Итак, молекула метана имеет молекулярную массу 16 а. е. м.
Заметим, что очень часто возникает путаница из-за молекул простых газов – водорода, кислорода, азота и т. д. Дело в том, что их молекулы состоят из двух атомов, поэтому и масса у них вдвое больше, чем масса атомов. Например, атомная масса элемента кислород – 16 а. е. м., а вот молекула кислорода, имеющая формулу О2, весит уже 16•2 = 32 а. е. м.
Молярная масса
Молекулярные массы веществ тесно связаны с понятием молярной массы. Молярная масса – это масса 1 моля вещества. Численно она совпадает с молекулярной массой, но измеряется в других величинах – в граммах на моль, или в г/моль.
Молярная масса позволяет определять, легче или тяжелее воздуха тот или иной газ. Для этого надо лишь сравнить молярную массу газа с молярной массой воздуха, составляющей 28,98 г/моль. Так, кислород оказывается тяжелее воздуха, так как его молярная масса – 32 г/моль. Азот же легче воздуха, ведь его масса равна 28 г/моль. Здесь следует уточнить, что воздух не является отдельным веществом в химическом смысле слова, то есть никаких «молекул воздуха» не существует (поэтому не существует и понятия «молекулярная масса воздуха»). В реальности воздух – это смесь нескольких газов, преимущественно азота и кислорода. При этом более тяжелые молекулы чаще встречаются в нижних слоях атмосферы, а легкие молекулы – на высоте. По этой причине (но отнюдь не только из-за нее) в горах тяжело дышать – на большой высоте воздух содержит меньше кислорода и больше азота.
Подведение итогов
Молекулярная масса показывает, какую массу имеет та или иная молекула. Для ее вычисления достаточно сложить массы входящих в молекулу атомов. Молекулярная масса численно равна молярной массе, и по ней можно оценить, какой газ легче воздуха, а какой – тяжелее.
Гугломаг
Спрашивай! Не стесняйся!
Задать вопрос
Мне нравитсяНе нравитсяНе все нашли? Используйте поиск по сайту
Относительная атомная масса — обзор
1.2 Периодическая таблица
Периодическая таблица Менделеева представляет собой бесценную классификацию всех химических элементов, элемент представляет собой совокупность атомов одного типа. Типовая версия показана в Таблице 1.2. Из 107 элементов, которые появляются, около 90 встречаются в природе; остальные производятся в ядерных реакторах или ускорителях частиц. Атомный номер ( Z ) каждого элемента указан вместе с его химическим символом и может рассматриваться либо как количество протонов в ядре, либо как количество вращающихся электронов в атоме.Элементы, естественно, классифицируются на периоды (горизонтальные строки), в зависимости от того, какая электронная оболочка заполняется, и группы (вертикальные столбцы). Элементы в любой одной группе имеют электроны в их внешней оболочке в одинаковой конфигурации и, как прямой результат, имеют аналогичные химические свойства.
Таблица 1.2. Периодическая таблица элементов
Принцип построения ( Aufbauprinzip ) таблицы основан на двух правилах. Во-первых, принцип исключения Паули (раздел 1.1.1) необходимо соблюдать. Во-вторых, в соответствии с правилом максимальной множественности Хунда основное состояние всегда должно развивать максимальный спин. Этот эффект схематически продемонстрирован на рисунке 1.2. Предположим, что мы подаем три электрона на три «пустые» орбитали 2 p . Они будут строить паттерн из параллельных вращений (Рисунок 1.2 (a)), а не из парных вращений (Рисунок 1.2 (b)). Четвертый электрон вызовет спаривание Рис. 1.2 (c). Иногда в последовательности «заполнения» энергетических состояний возникают неоднородности, потому что электроны всегда входят в самое низкое доступное энергетическое состояние.Таким образом, 4 s -состояний, находящихся на более низком энергетическом уровне, заполняются до 3 d -состояний.
Рисунок 1.2. Применение правила множественности Хунда к электронному заполнению энергетических состояний.
Периодическая таблица построена, электрон за электроном, с постепенным заполнением энергетических состояний. За этим можно проследить в Приложении 3. Первый период начинается с простого атома водорода, который имеет единственный протон в ядре и один вращающийся электрон ( Z = 1).Следовательно, атом электрически нейтрален, и для состояния с наименьшей энергией электрон будет в состоянии 1 s . В гелии, следующем элементе, заряд ядра увеличивается на один протон, а дополнительный электрон сохраняет нейтральность ( Z = 2). Эти два электрона заполняют состояние 1 s и обязательно будут иметь противоположные спины. Ядро гелия содержит два нейтрона, а также два протона; следовательно, его масса в четыре раза больше, чем у водорода. Следующий атом, литий, имеет ядерный заряд 3 ( Z = 3), и, поскольку первая оболочка заполнена, электрон должен войти в 2 s -состояние, которое имеет несколько более высокую энергию.Электрон в состоянии 2 s , обычно называемый валентным электроном, «экранирован» внутренними электронами от притягивающего ядра и, следовательно, менее прочно связан. В результате этот валентный электрон относительно легко отделить. «Электронное ядро», которое содержит два прочно связанных электрона и, поскольку оно несет один суммарный положительный заряд, называется одновалентным катионом. Общий процесс потери или получения электронов известен как ионизация.
При развитии первого короткого периода от лития ( Z = 3) до неона ( Z = 10) наборы состояний, соответствующие двум главным квантовым числам ( n = 1, n = 2) заполнены, и говорят, что электроны в этих состояниях образовали замкнутые оболочки. Это следствие квантовой механики, что после заполнения оболочки энергия этой оболочки падает до очень низкого значения, и в результате электронная конфигурация становится очень стабильной. Таким образом, гелий, неон, аргон и криптон связаны с закрытыми оболочками и, будучи по своей природе стабильными и химически инертными, вместе известны как инертные газы.
Второй короткий период, от натрия ( Z = 11) до аргона ( Z = 18), начинается с заселения 3 орбиталей s и заканчивается, когда 3 орбитали p заполнены. . Последующий длительный период простирается от калия ( Z = 19) до криптона ( Z = 36) и, как упоминалось ранее, имеет необычную особенность заполнения состояния 4 s перед 3 d . -штат. Таким образом, калий имеет сходство с натрием и литием в том, что электрон с наивысшей энергией находится в состоянии s ; как следствие, они имеют очень похожую химическую активность, образуя группу, известную как элементы щелочного металла.После кальция ( Z = 20) начинается заполнение состояния 3 d .
-состояние 4 s заполнено кальцием ( Z = 20), и заполнение состояния 3 d становится энергетически выгодным для образования скандия ( Z = 21). Это запоздалое заполнение пяти 3 d -орбиталей от скандия до его завершения в меди ( Z = 29) охватывает первую серию переходных элементов. Один из членов этого ряда, хром ( Z = 24), очевидно, ведет себя необычным образом.Применяя правило Хунда, мы можем заключить, что максимизация параллельного спина достигается размещением шести электронов с одинаковым спином, так что пять заполняют 3 d -состояний, а один входит в 4 s -состояние. Этот режим полного занятия 3 d -состояний значительно снижает энергию электронов в этой оболочке. Опять же, в меди ( Z = 29), последнем члене этого переходного ряда, полное заполнение всех 3 орбиталей d также приводит к значительному снижению энергии.Из этих объяснений следует, что уровни энергии 3 d и 4 s очень близки друг к другу. После меди энергетические состояния заполняются просто, и первый длительный период заканчивается криптоном ( Z = 36). Следует отметить, что лантаноиды ( Z = 57–71) и актиниды ( Z = 89–103) из-за их последовательности заполнения состояний были выделены из основной части таблицы 1.2. Продемонстрировав способ применения квантовых правил к построению периодической таблицы для первых 36 элементов, теперь мы можем изучить некоторые общие аспекты классификации.
Если учесть небольшую разницу в шаге одного электрона между соседними элементами в периодической таблице, неудивительно, что различие между металлическими и неметаллическими элементами неточно. На самом деле существует промежуточный ряд элементов, металлоидов, которые обладают свойствами как металлов, так и неметаллов. Однако мы можем рассматривать элементы, которые могут легко потерять электрон в результате ионизации или образования связи, как сильно металлические по своему характеру (например,грамм. щелочные металлы). И наоборот, элементы, которые имеют сильную тенденцию приобретать электрон и тем самым образуют стабильную конфигурацию из двух или восьми электронов во внешней оболочке, являются неметаллическими (например, галогены фтор, хлор, бром, йод). Таким образом, электроположительные металлические элементы и электроотрицательные неметаллические элементы находятся в левой и правой частях периодической таблицы, соответственно. Поведение внешних (валентных) электронов оказывает глубокое и определяющее влияние на связывание и, следовательно, на электрические, магнитные и оптические свойства.
До осознания того, что часто наблюдаемые периодичности химического поведения могут быть выражены в терминах электронных конфигураций, упор делался на «атомный вес». Эта величина, которая теперь называется относительной атомной массой, постоянно увеличивается по всей периодической таблице по мере того, как протоны и нейтроны добавляются к ядрам. Атомная масса 2 определяет такие физические свойства, как плотность, удельная теплоемкость и способность поглощать электромагнитное излучение.
Рабочий пример
Запишите ожидаемую электронную конфигурацию для Ni и Cu. Прокомментируйте наполнение оболочки 3 d .
Решение
Для Ni Z = 28, и поскольку оболочка 4 s должна быть заполнена до оболочки 3 d , его электронная конфигурация [Ar] 4 s 2 3 д 8 .
Для Cu Z = 29, и поэтому его электронная конфигурация будет иметь вид [Ar] 4 с 2 3 d 9 .Однако в этом случае дополнительную стабильность можно получить, заполнив оболочку 3 d , оставив 4 s с одним электроном. Правильная конфигурация: [Ar] 4 s 1 3 d 10 .
Сборка современной периодической таблицы
Собираем все вместе
В феврале 1869 года, во время написания второго тома своего учебника химии «Основы химии», Менделеев разработал свою собственную форму периодической таблицы.Популярные источники рассказывают о том, как Менделеев тасовал и переставлял карты, помеченные элементами и их свойствами, как в пасьянсе. Хотя историки не нашли карт в архиве Менделеева, они обнаружили бесчисленное множество групп элементов, покрытых вычеркнутыми идеями и перестановками. Кульминацией этой работы стала таблица Менделеева, в которой он организовал элементы путем увеличения атомной массы и выровнял элементы с аналогичными свойствами в ряды. В 1869 году Менделеев напечатал 200 экземпляров своей таблицы и разослал их коллегам по России и Европе.
Однако Менделеев пошел дальше простого создания таблицы; он утверждал, что организация элементов отражает основной периодический закон. Например, в то время как Мейер поменял местами теллур и йод, Менделеев поменял местами их и утверждал, что атомная масса одного из них должна быть неправильной. (Атомные массы на самом деле не были неправильными, потому что периодичность оказывается основанной на атомном номере, а не на атомной массе.) Менделеев скорректировал массы нескольких элементов на основе своей таблицы, и эти поправки позже были экспериментально подтверждены.
В то время как Мейер оставил пробелы в своей таблице, Менделеев предсказал, что будут обнаружены элементы, которые восполнят эти пробелы. Он зашел так далеко, что предсказал их атомные массы и свойства, и назвал их: эка-бор, эка-алюминий, эка-марганец и эка-кремний («эка» на санскрите означает «единичный» или «один»). Это был смелый шаг; В то время ожидалось, что химики будут репортерами существующих фактов, а не спекулянтами о том, что еще может быть обнаружено. Хотя он не был прав относительно всех их свойств, когда были открыты германий, галлий и скандий, химики смогли увидеть, как они вписываются в пробелы в таблице Менделеева, обеспечивая дальнейшее подтверждение периодического закона Менделеева.
Положение Менделеева как отца таблицы Менделеева укрепилось в 1890-х годах с открытием благородных газов. В то время не только было немыслимо, чтобы элемент мог быть инертным, но для них не было места в периодической таблице. В 1894 году аргон был открыт британским ученым лордом Рэли и шотландским ученым Уильямом Рамзи. Когда единственным предлагаемым благородным газом был аргон, Менделеев и другие химики утверждали, что это не новый элемент, а трехатомный азот (N 3 ).Однако после открытия гелия, криптона, неона и ксенона эти инертные газы не могли быть объяснены. Лишь в 1900 году Рамзи предложил новым элементам выделить отдельную группу между галогенами и щелочными металлами. Менделеев ответил так: «Это было чрезвычайно важно для [Рамзи] как подтверждение позиции вновь открытых элементов и для меня как великолепное подтверждение общей применимости периодического закона».
Дорога к нашей современной таблице Менделеева была извилистой, полной тупиков и неправильных поворотов.Это потребовало многочисленных открытий, ученых и экспериментов, а также многочисленных неудач и побед. По сути, это было типично для науки. Хотя нам нравится думать о науке, развивающейся через гениев-одиночек, таких как Менделеев, устремляющих нас к прогрессу, реальность науки такова, что она беспорядочная, требует обширного сотрудничества, основывается на работе других и пересматривает гипотезы, когда появляется новая информация. Менделеев, Мейер и другие были действительно выдающимися учеными не потому, что они все выяснили сами, а потому, что они были полностью вовлечены в выдающееся предприятие, которое мы называем наукой.
Атомная масса | Безграничная химия
Средняя атомная масса
Средняя атомная масса элемента — это сумма масс его изотопов, умноженная на их естественное содержание.
Цели обучения
Вычислить среднюю атомную массу элемента с учетом его изотопов и их естественного содержания
Ключевые выводы
Ключевые моменты
- Элемент может иметь разное количество нейтронов в ядре, но всегда имеет одинаковое количество протонов.Варианты элемента с разными нейтронами имеют разные массы и называются изотопами.
- Средняя атомная масса элемента рассчитывается путем суммирования масс изотопов элемента, каждый из которых умножается на его естественное содержание на Земле.
- При вычислении массы элементов или соединений всегда используйте среднюю атомную массу, которую можно найти в периодической таблице.
Ключевые термины
- массовое число : общее количество протонов и нейтронов в атомном ядре.
- естественное изобилие : Изобилие определенного изотопа, естественным образом встречающегося на планете.
- средняя атомная масса : масса, рассчитанная путем суммирования масс изотопов элемента, каждый из которых умножен на его естественное содержание на Земле.
Атомный номер элемента определяет идентичность элемента и означает количество протонов в ядре одного атома. Например, элемент водород (самый легкий элемент) всегда будет иметь в своем ядре один протон.В ядре элемента гелия всегда будет два протона.
Изотопы
Однако атомы одного и того же элемента могут иметь разное количество нейтронов в своем ядре. Например, существуют стабильные атомы гелия, которые содержат один или два нейтрона, но оба атома имеют два протона. Эти разные типы атомов гелия имеют разные массы (3 или 4 атомные единицы массы), и их называют изотопами. Для любого данного изотопа сумма количества протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом.Это потому, что каждый протон и каждый нейтрон весят одну атомную единицу массы (а.е.м.). Сложив вместе количество протонов и нейтронов и умножив на 1 а.е.м., вы можете вычислить массу атома. Все элементы существуют как набор изотопов. Слово «изотоп» происходит от греческих «isos» (что означает «тот же») и «topes» (что означает «место»), потому что элементы могут занимать одно и то же место в периодической таблице, но при этом различны в субатомном строении.
Атом лития : Стилизованный атом лития-7: 3 протона (красный), 4 нейтрона (черный) и 3 электрона (синий).(У лития также есть другой, более редкий изотоп, содержащий всего 2 нейтрона.)
Расчет средней атомной массы
Средняя атомная масса элемента — это сумма масс его изотопов, каждый из которых умножается на его естественное содержание (десятичная дробь, связанная с процентом атомов этого элемента, принадлежащих к данному изотопу).
Средняя атомная масса = f 1 M 1 + f 2 M 2 +… + f n M n где f — доля, представляющая естественное содержание изотопа, а M — масса количество (вес) изотопа.
Среднюю атомную массу элемента можно найти в периодической таблице, обычно под символом элемента. Когда доступны данные о естественном содержании различных изотопов элемента, вычислить среднюю атомную массу просто.
- Для гелия на каждый миллион изотопов гелия-4 приходится примерно один изотоп гелия-3; следовательно, средняя атомная масса очень близка к 4 а.е.м. (4,002602 а.е.м.).
- Хлор состоит из двух основных изотопов, один из которых содержит 18 нейтронов (75.77 процентов атомов природного хлора) и один с 20 нейтронами (24,23 процента атомов природного хлора). Атомный номер хлора 17 (в его ядре 17 протонов).
Чтобы вычислить среднюю массу, сначала преобразуйте проценты в доли (разделите их на 100). Затем вычислите массовые числа. Изотоп хлора с 18 нейтронами имеет распространенность 0,7577 и массовое число 35 а.е.м. Чтобы вычислить среднюю атомную массу, умножьте долю на массовое число для каждого изотопа, а затем сложите их вместе.
Средняя атомная масса хлора = (0,7577 [латекс] \ cdot [/ латекс] 35 а.е.м.) + (0,2423 [латекс] \ cdot [/ латекс] 37 а.е.м.) = 35,48 а.е.м.
Другой пример — вычисление атомной массы бора (B), который имеет два изотопа: B-10 с естественным содержанием 19,9% и B-11 с содержанием 80,1%. Следовательно,
Средняя атомная масса бора = (0,199 [латекс] \ cdot [/ latex] 10 а.е.м.) + (0,801 [латекс] \ cdot [/ латекс] 11 а.е.м.) = 10,80 а.е.м.
Всякий раз, когда мы делаем массовые вычисления с участием элементов или соединений (комбинаций элементов), мы всегда используем средние атомные массы.
Масс-спектрометрия для измерения массы
Масс-спектрометрия — это мощный метод определения характеристик, позволяющий определять элементы, изотопы и соединения на основе отношения массы к заряду.
Цели обучения
Определите основное применение масс-спектрометра
Ключевые выводы
Ключевые моменты
- Масс-спектрометры работают с образцами в газообразном состоянии.
- Газообразные образцы ионизируются источником ионов, который добавляет или удаляет заряженные частицы (электроны или ионы).Примеры источников ионов включают индуктивно связанную плазму и электронный удар.
- Масс-анализаторы разделяют ионизированные образцы в соответствии с их отношением массы к заряду. Времяпролетный и квадрупольный — примеры масс-анализаторов.
- Массу частицы можно очень точно рассчитать на основе таких параметров, как время, необходимое для прохождения определенного расстояния, или угол ее перемещения.
- Масс-спектрометры настолько точны, что могут определять типы элементов в соединениях или измерять разницу между массами разных изотопов одного и того же атома.
Ключевые термины
- ионизация : любой процесс, который приводит к диссоциации нейтрального атома или молекулы на заряженные частицы (ионы).
- плазма : состояние вещества, состоящего из частично ионизированного газа, обычно при высоких температурах.
- отношение массы к заряду : лучший способ разделения ионов в масс-спектрометре. Это число рассчитывается путем деления веса иона на его заряд.
Масс-спектрометрия (МС) — это мощный метод, позволяющий идентифицировать широкий спектр химических соединений.Он используется для определения массы частицы, элементного состава образца и химической структуры более крупных молекул.
Масс-спектрометры разделяют соединения на основе свойства, известного как отношение массы к заряду: масса атома, деленная на его заряд. Сначала образец ионизируется. Ионизация — это процесс преобразования атома или молекулы в ион путем добавления или удаления заряженных частиц, таких как электроны или ионы. Как только образец ионизируется, он проходит через какое-либо электрическое или магнитное поле.Массу частицы можно рассчитать на основе таких параметров, как время, необходимое для преодоления определенного расстояния, или угол ее перемещения.
Схема масс-спектрометра : Образец загружается в масс-спектрометр, где он подвергается испарению и ионизации. Компоненты образца ионизируются одним из множества методов, например с помощью ионизирующей нити. Ионы разделяются при анализе магнитными полями. Они разделены в соответствии с их отношением массы к заряду.Ионы обнаруживаются, как правило, количественным методом, например коллектором Фарадея. Ионный сигнал преобразуется в масс-спектр.
Состав приборов для масс-спектрометрии (МС)
ПриборыMS состоят из двух основных компонентов:
- Источник ионов, который может преобразовывать молекулы пробы в ионы
- Масс-анализатор, сортирующий ионы по массе с помощью электромагнитных полей
Существует множество методов ионизации и обнаружения соединений.
Ионизирующие соединения
Пламя индуктивно связанной плазмы (ICP) : Изображение пламени ICP через зеленое стекло сварщика.
Источник ионов — это часть масс-спектрометра, которая ионизирует соединение. В зависимости от информации, требуемой от масс-спектрометрического анализа, могут использоваться различные методы ионизации. Например, наиболее распространенным источником ионов для анализа элементов является индуктивно-связанная плазма (ICP). В ICP «пламя» плазменного газа с температурой 10 000 градусов Цельсия используется для распыления молекул пробы и отделения внешних электронов от этих атомов.
Плазма обычно создается из газообразного аргона. Плазменный газ в целом электрически нейтрален, но значительное количество его атомов ионизируется высокой температурой.
Электронный удар (ЭУ) — еще один метод генерации ионов. В EI образец нагревается до тех пор, пока не станет газом. Затем он проходит через пучок электронов. Этот высокоэнергетический пучок удаляет электроны из молекул образца, оставляя после себя положительно заряженные радикалы.
Масс-анализаторы
Масс-анализаторы разделяют ионы в соответствии с их отношением массы к заряду.Есть много типов масс-анализаторов. У каждого есть свои сильные и слабые стороны, в том числе:
- насколько точно они могут измерить подобное отношение массы к заряду
- диапазон масс и концентраций проб, которые они могут измерить.
Например, анализатор времени пролета (TOF) использует электрическое поле для ускорения ионов с помощью того же потенциала, а затем измеряет время, необходимое им для достижения детектора. Поскольку все частицы имеют одинаковый заряд, их скорости зависят только от их массы, и более легкие ионы первыми достигнут детектора.
Времяпролетный масс-анализатор : Схема времяпролетного масс-анализатора (TOF).
Другой тип детектора — квадрупольный. Здесь ионы проходят через четыре параллельных стержня, которые прикладывают переменное электрическое напряжение. На изменение поля ионы реагируют сложными путями. В зависимости от приложенного напряжения через анализатор будут проходить только ионы с определенным отношением массы к заряду. Все остальные ионы будут потеряны при столкновении со стержнями.
Использование масс-спектрометра для измерения массы
Вот как масс-спектрометр проанализирует образец хлорида натрия (поваренная соль).
- В ионном источнике образец испаряется (превращается в газ) и ионизируется до ионов натрия (Na + ) и хлорида (Cl — ).
- Атомы и ионы натрия имеют только один изотоп и массу около 23 а.е.м.
- Атомы и ионы хлоридов бывают двух изотопов с массой примерно 35 а.е.м. (при естественном содержании около 75 процентов) и примерно 37 а.е.м. (при естественном содержании около 25 процентов).
- Масс-анализаторная часть спектрометра содержит электрические и магнитные поля, которые воздействуют на ионы, проходящие через эти поля. Угол, под которым ион движется через поля, зависит от его отношения массы к заряду: более легкие ионы меняют направление больше, чем более тяжелые.
- Потоки отсортированных ионов проходят от анализатора к детектору, который регистрирует относительное содержание каждого типа ионов. Эта информация используется для определения химического состава исходного образца (т.е. что в образце присутствуют и натрий, и хлор), а также его изотопный состав (отношение хлора-35 к хлору-37).
Изотопы и атомные массы
1.6 Изотопы и атомные массы
Цель обучения
- Знать значение изотопов и атомных масс.
Ядерная модель атома Резерфорда помогла объяснить, почему атомы разных элементов демонстрируют разное химическое поведение.Идентичность элемента определяется его атомным номером ( Z ) Число протонов в ядре атома элемента., Числом протонов в ядре атома элемента. Следовательно, атомный номер для каждого элемента разный. . Известные элементы расположены в порядке возрастания Z в периодической таблице. Таблица химических элементов расположена в строках с возрастающим атомным номером, так что элементы в каждом столбце (группе) имеют схожие химические свойства.(Рисунок 1.24 «Периодическая таблица, показывающая элементы в порядке возрастания»; также см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов»), в которой каждому элементу присвоен уникальный одно-, двух- или трехбуквенный символ. . Названия элементов перечислены в периодической таблице вместе с их символами, атомными номерами и атомными массами. Химический состав каждого элемента определяется количеством протонов и электронов. В нейтральном атоме количество электронов равно количеству протонов.
Рисунок 1.24 Периодическая таблица, показывающая элементы в порядке возрастания Z
Как описано в Разделе 1.7 «Введение в Периодическую таблицу», металлы находятся в нижнем левом углу периодической таблицы, а неметаллы — в верхнем правом углу. Полуметаллы лежат вдоль диагональной линии, разделяющей металлы и неметаллы.
В большинстве случаев символы для элементов являются производными непосредственно от названия каждого элемента, например, C для углерода, U для урана, Ca для кальция и Po для полония.Элементы также были названы по их свойствам [например, радий (Ra) из-за его радиоактивности], по стране происхождения ученых, открывших их [полоний (Po) для Польши], по имени выдающихся ученых [кюрий (Cm) для Кюри], для богов и богинь [селен (Se) для греческой богини луны Селены] и по другим поэтическим или историческим причинам. Некоторые символы, используемые для элементов, которые были известны с древности, произошли от исторических названий, которые больше не используются; остались только символы, напоминающие нам об их происхождении.Примеры: Fe для железа, от латинского ferrum ; Na для натрия, от латинского natrium ; и W для вольфрама из немецкого wolfram . Примеры приведены в Таблице 1.4 «Символы элементов, основанные на названиях, которые больше не используются». По мере проработки этого текста вы будете постоянно сталкиваться с названиями и символами элементов, и по мере того, как вы знакомитесь с персонажами пьесы или фильма, их имена и символы станут знакомыми.
Таблица 1.4 символа элементов, основанные на названиях, которые больше не используются
| Элемент | Символ | Вывод | Значение |
|---|---|---|---|
| сурьма | Сб | стибий | Латиница для «марки» |
| медь | Cu | медь | из Cyprium , латинское название острова Кипр, основного источника медной руды в Римской империи |
| золото | Au | золотистый | Латиница для «золота» |
| утюг | Fe | железо | Латинское слово для «железа» |
| свинец | Пб | отвес | Латинское «тяжелое» |
| ртуть | Hg | гидраргирум | Латиница для «жидкого серебра» |
| калий | К | калий | от арабского ал-цили , «щелочь» |
| серебристый | Ag | серебристый | Латиница для «серебра» |
| натрий | Na | натрий | «натрий» на латыни |
| банка | Sn | олова | Латиница для «олова» |
| вольфрам | Вт | вольфрам | По-немецки «волчий камень», потому что он мешал плавлению олова и, как считалось, пожирал олово |
Отзыв из Раздела 1.5 «Атом» в том, что ядра большинства атомов содержат нейтроны, а также протоны. В отличие от протонов, количество нейтронов для большинства элементов не является абсолютно фиксированным. Атомы, которые имеют одинаковое количество протонов и, следовательно, тот же атомный номер, но разное количество нейтронов , называются изотопами Атомы, которые имеют одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов … Все изотопы элемента имеют одинаковое количество протонов и электронов, что означает, что они обладают одинаковым химическим составом.Изотопы элемента различаются только их атомной массой, которая определяется массовым числом ( A ). Число протонов и нейтронов в ядре атома элемента., Сумма чисел протонов и нейтронов. .
Элемент углерод (C) имеет атомный номер 6, что означает, что все нейтральные атомы углерода содержат 6 протонов и 6 электронов. В типичном образце углеродсодержащего материала 98,89% атомов углерода также содержат 6 нейтронов, поэтому каждый имеет массовое число 12.Изотоп любого элемента может быть однозначно представлен как XZA, где X — атомный символ элемента. Таким образом, изотоп углерода с 6 нейтронами — это C612. Нижний индекс, указывающий атомный номер, на самом деле является избыточным, потому что атомарный символ уже однозначно определяет Z . Следовательно, C612 чаще записывается как 12 C, что читается как «углерод-12». Тем не менее, значение Z обычно включается в обозначение для ядерных реакций, потому что эти реакции включают изменения в Z , как описано в главе 20 «Ядерная химия».
В дополнение к 12 C, типичный образец углерода содержит 1,11% C613 ( 13 C) с 7 нейтронами и 6 протонами и следы C614 ( 14 C) с 8 нейтронами и 6 протонами. . Однако ядро 14 C нестабильно, но подвергается медленному радиоактивному распаду, который лежит в основе метода датирования углерода-14, используемого в археологии (см. Главу 14 «Химическая кинетика»). Многие элементы, кроме углерода, имеют более одного стабильного изотопа; олово, например, имеет 10 изотопов.Свойства некоторых распространенных изотопов приведены в Таблице 1.5 «Свойства выбранных изотопов».
Таблица 1.5 Свойства выбранных изотопов
| Элемент | Символ | Атомная масса (а.е.м.) | Массовое число изотопа | Изотопные массы (а.е.м.) | Процент изобилия (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| водород | H | 1.0079 | 1 | 1,007825 | 99.9855 |
| 2 | 2.014102 | 0,0115 | |||
| бор | B | 10,81 | 10 | 10.012937 | 19,91 |
| 11 | 11.009305 | 80,09 | |||
| углерод | С | 12.011 | 12 | 12 (определено) | 99,89 |
| 13 | 13.003355 | 1,11 | |||
| кислород | O | 15.9994 | 16 | 15,994915 | 99,757 |
| 17 | 16,999132 | 0,0378 | |||
| 18 | 17.999161 | 0,205 | |||
| утюг | Fe | 55.845 | 54 | 53.939611 | 5,82 |
| 56 | 55.934938 | 91,66 | |||
| 57 | 56.935394 | 2,19 | |||
| 58 | 57.933276 | 0.33 | |||
| уран | U | 238,03 | 234 | 234.040952 | 0,0054 |
| 235 | 235.043930 | 0,7204 | |||
| 238 | 238.050788 | 99.274 |
Источники изотопных данных: G. Audi et al., Nuclear Physics A 729 (2003): 337–676; Дж. К. Котц и К. Ф. Перселл, Chemistry and Chemical Reactivity , 2-е изд., 1991.
Пример 5
Элемент с тремя стабильными изотопами состоит из 82 протонов. Отдельные изотопы содержат 124, 125 и 126 нейтронов. Определите элемент и напишите символы для изотопов.
Дано: число протонов и нейтронов
Запрошено: элемент и атомный символ
Стратегия:
A Обратитесь к таблице Менделеева (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов») и используйте количество протонов для идентификации элемента.
B Вычислите массовое число каждого изотопа, сложив количество протонов и нейтронов.
C Укажите символ каждого изотопа с массовым числом в качестве верхнего индекса и числом протонов в нижнем индексе, оба написанных слева от символа элемента.
Решение:
A Свинец с 82 протонами (атомный номер 82): Pb.
B Для первого изотопа A = 82 протона + 124 нейтрона = 206. Аналогично, A = 82 + 125 = 207 и A = 82 + 126 = 208 для второго и третьего изотопов соответственно. . Символы для этих изотопов — P82206b, P82207b и P82208b, которые обычно обозначаются сокращенно как 206 Pb, 207 Pb и 208 Pb.
Упражнение
Укажите элемент с 35 протонами и напишите символы для его изотопов с 44 и 46 нейтронами.
Ответ: B3579r и B3581r или, чаще, 79 Br и 81 Br.
Хотя массы электрона, протона и нейтрона известны с высокой степенью точности (Таблица 1.3 «Свойства субатомных частиц *»), масса любого данного атома — это не просто сумма масс его электроны, протоны и нейтроны. Например, отношение масс 1 H (водород) и 2 H (дейтерий) на самом деле равно 0.500384, а не 0,49979, как предсказывалось по количеству присутствующих нейтронов и протонов. Хотя разница в массе невелика, она чрезвычайно важна, поскольку является источником огромного количества энергии, выделяющейся в ядерных реакциях (глава 20 «Ядерная химия»).
Поскольку атомы слишком малы для индивидуального измерения и не имеют заряда, нет удобного способа точно измерить абсолютных атомных масс. Однако ученые могут очень точно измерить относительных атомных масс , используя прибор, называемый масс-спектрометром .Этот метод концептуально аналогичен тому, который Томсон использовал для определения отношения массы к заряду электрона. Во-первых, электроны удаляются или добавляются к атомам или молекулам, в результате чего образуются заряженные частицы, называемые ионами. Заряженная частица образуется, когда один или несколько электронов удаляются или добавляются к атому или молекуле. При приложении электрического поля ионы ускоряются. в отдельную камеру, где они отклоняются от своей начальной траектории магнитным полем, как электроны в эксперименте Томсона.Степень отклонения зависит от отношения массы к заряду иона. Измеряя относительное отклонение ионов с одинаковым зарядом, ученые могут определить их относительные массы (рис. 1.25 «Определение относительных масс атомов с помощью масс-спектрометра»). Таким образом, невозможно точно рассчитать абсолютные атомные массы, просто сложив вместе массы электронов, протонов и нейтронов, и абсолютных масс атомов невозможно измерить, но относительных масс можно измерить очень точно.На самом деле в химии довольно часто встречаются величины, величина которых может быть измерена только относительно некоторой другой величины, а не абсолютно. Позже в этом тексте мы встретим много других примеров. В таких случаях химики обычно определяют стандарт, произвольно присваивая числовое значение одной из величин, что позволяет им вычислять числовые значения для остальных.
Рисунок 1.25. Определение относительных атомных масс с помощью масс-спектрометра
Хлор состоит из двух изотопов: 35 Cl и 37 Cl, примерно в соотношении 3: 1.(a) Когда образец элементарного хлора вводится в масс-спектрометр, электрическая энергия используется для диссоциации молекул Cl 2 на атомы хлора и преобразования атомов хлора в ионы Cl + . Затем ионы ускоряются в магнитном поле. Степень отклонения ионов магнитным полем зависит от их относительного отношения массы к заряду. Обратите внимание, что более легкие ионы 35 Cl + отклоняются сильнее, чем более тяжелые ионы 37 Cl + .Измеряя относительные отклонения ионов, химики могут определить их отношение массы к заряду и, следовательно, их массы. (b) Каждый пик в масс-спектре соответствует иону с определенным отношением массы к заряду. Содержание двух изотопов можно определить по высоте пиков.
Произвольным стандартом, установленным для описания атомной массы, является атомная единица массы (а.е.м.) Одна двенадцатая массы одного атома C12; 1 а.е.м. = 1,66 × 10-24 г., определяемая как одна двенадцатая массы одного атома из 12 C.Поскольку массы всех других атомов рассчитываются относительно стандарта 12 C, 12 C — единственный атом, указанный в Таблице 1.5 «Свойства выбранных изотопов», чья точная атомная масса равна массовому числу. Эксперименты показали, что 1 а.е.м. = 1,66 × 10 −24 г.
Масс-спектрометрические эксперименты дают значение 0,167842 для отношения массы 2 H к массе 12 C, поэтому абсолютная масса 2 H равна
масса h3масса C12 × масса C12 = 0.167842 × 12 а.е.м. = 2,104104 а.е.м.Масса остальных элементов определяется аналогичным образом.
Периодическая таблица (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов») перечисляет атомные массы всех элементов. Если вы сравните эти значения со значениями, приведенными для некоторых изотопов в Таблице 1.5 «Свойства выбранных изотопов», вы увидите, что атомные массы, указанные в периодической таблице, никогда не соответствуют точно массам любого из изотопов. Поскольку большинство элементов существует в виде смесей нескольких стабильных изотопов, атомная масса элемента определяется как средневзвешенное значение масс изотопов.Например, встречающийся в природе углерод в основном представляет собой смесь двух изотопов: 98,89% 12 C (масса = 12 а.е.м. по определению) и 1,11% 13 C (масса = 13,003355 а.е.м.). Процентное содержание 14 C настолько низкое, что его можно не учитывать в этом расчете. Тогда средняя атомная масса углерода рассчитывается как
(0,9889 × 12 а.е.м.) + (0,0111 × 13,003355 а.е.м.) = 12,01 а.е.м.Углерод составляет преимущественно 12 C, поэтому его средняя атомная масса должна быть близка к 12 а.е.м., что согласуется с нашими расчетами.
Значение 12.01 показано под символом C в периодической таблице (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов»), хотя без сокращения а.е. , которое обычно опускается. Таким образом, приведенная в таблице атомная масса углерода или любого другого элемента является средневзвешенной массой встречающихся в природе изотопов.
Пример 6
Встречающийся в природе бром состоит из двух изотопов, перечисленных в следующей таблице:
| Изотоп | Точная масса (а.е.м.) | Процент изобилия (%) |
|---|---|---|
| 79 Br | 78.9183 | 50,69 |
| 81 Br | 80.9163 | 49,31 |
Вычислить атомную массу брома.
Дано: точная масса и процентное содержание
Запрошено: атомная масса
Стратегия:
A Преобразуйте процентное содержание в десятичную форму, чтобы получить массовую долю каждого изотопа.
B Умножьте точную массу каждого изотопа на его соответствующую массовую долю (процентное содержание ÷ 100), чтобы получить его взвешенную массу.
C Сложите взвешенные массы, чтобы получить атомную массу элемента.
D Убедитесь, что ваш ответ имеет смысл.
Решение:
A Атомная масса — это средневзвешенная масса изотопов.В общем можно написать
атомная масса элемента = [(масса изотопа 1 в а.е.м.) (массовая доля изотопа 1)] + [(масса изотопа 2) (массовая доля изотопа 2)] +…Бром имеет только два изотопа. Преобразование содержания в процентах в массовые доли дает
B79r: 50,69100 = 0,5069 B81r: 49,31100 = 0,4931B Умножение точной массы каждого изотопа на соответствующую массовую долю дает взвешенную массу изотопа:
79 Br: 79.9183 а.е.м. × 0,5069 = 40,00 а.е.м. 81 Br: 80,9163 а.е.м. × 0,4931 = 39,90 а.е.м.C Сумма взвешенных масс равна атомной массе брома
40,00 а.е.м. + 39,90 а.е.м. = 79,90 а.е.м.D Это значение находится примерно посередине между массами двух изотопов, что является ожидаемым, поскольку процентное содержание каждого из них составляет примерно 50%.
Упражнение
Магний содержит три изотопа, перечисленных в следующей таблице:
| Изотоп | Точная масса (а.е.м.) | Процент изобилия (%) |
|---|---|---|
| 24 мг | 23.98504 | 78,70 |
| 25 мг | 24.98584 | 10,13 |
| 26 мг | 25.98259 | 11,17 |
Используйте эти данные для вычисления атомной массы магния.
Ответ: 24,31 а.е.м.
Сводка
Каждый атом элемента содержит одинаковое количество протонов, которое составляет атомный номер ( Z ).У нейтральных атомов одинаковое количество электронов и протонов. Атомы элемента, содержащие разное количество нейтронов, называются изотопами . Каждый изотоп данного элемента имеет один и тот же атомный номер, но другое массовое число ( A ), которое является суммой количества протонов и нейтронов. Относительные массы атомов сообщаются с использованием единицы атомной массы ( а.е.м., ), которая определяется как одна двенадцатая массы одного атома углерода-12 с 6 протонами, 6 нейтронами и 6 электронами.Атомная масса элемента — это средневзвешенное значение масс встречающихся в природе изотопов. Когда один или несколько электронов добавляются или удаляются из атома или молекулы, образуется заряженная частица, называемая ионом , заряд которой указывается надстрочным индексом после символа.
Ключевые вынос
- Масса атома — это средневзвешенная величина, которая в значительной степени определяется количеством его протонов и нейтронов, тогда как количество протонов и электронов определяет его заряд.
Концептуальные проблемы
Заполните следующую таблицу, чтобы указать недостающие элементы, символы и количество электронов.
Элемент Символ Число электронов молибден 19 титан B 53 см гелий 14 Заполните следующую таблицу, чтобы указать недостающие элементы, символы и количество электронов.
Элемент Символ Число электронов лантан Ir алюминий 80 натрий Si 9 Be Масса иона такая же, как масса его родительского атома? Поясните свой ответ.
Какой изотопный стандарт используется для определения массы атома?
Дайте обозначение XZA этим элементам, которые существуют как один изотоп.
- бериллий
- рутений
- фосфор
- алюминий
- цезий
- празеодим
- кобальт
- иттрий
- мышьяк
Дайте обозначение XZA этим элементам, которые существуют как один изотоп.
- фтор
- гелий
- тербий
- йод
- золото
- скандий
- натрий
- ниобий
- марганец
Определите каждый элемент, представленный X, который имеет данные символы.
- X2655
- X3374
- X1224
- X53127
- X1840
- X63152
Числовые задачи
Изотопы 131 I и 60 Co обычно используются в медицине. Определите количество нейтронов, протонов и электронов в нейтральном атоме каждого из них.
Определите количество протонов, нейтронов и электронов в нейтральном атоме каждого изотопа:
- 97 TC
- 113 В
- 63 Ni
- 55 Fe
И технеций-97, и америций-240 производятся в ядерных реакторах.Определите количество протонов, нейтронов и электронов в нейтральных атомах каждого из них.
Следующие изотопы важны для археологических исследований. Сколько протонов, нейтронов и электронов содержится в нейтральном атоме каждого из них?
- 207 Pb
- 16 О
- 40 К
- 137 CS
- 40 Ар
Медь, отличный проводник тепла, имеет два изотопа: 63 Cu и 65 Cu.Используйте следующую информацию для расчета средней атомной массы меди:
Изотоп Процент изобилия (%) Атомная масса (а.е.м.) 63 Cu 69,09 62.9298 65 Cu 30,92 64.9278 Кремний состоит из трех изотопов со следующими процентными содержаниями:
Изотоп Процент изобилия (%) Атомная масса (а.е.м.) 28 Si 92.18 27.976926 29 Si 4,71 28.976495 30 Si 3,12 29,973770 Рассчитайте среднюю атомную массу кремния.
Заполните следующую таблицу для неона. Средняя атомная масса неона составляет 20,1797 а.е.м.
Изотоп Процент изобилия (%) Атомная масса (а.е.м.) 20 Ne 90.92 19,99 244 21 Ne 0,257 20,99395 22 Ne Являются ли изотопы X2863 и X2962 одним и тем же элементом? Поясните свой ответ.
Заполните следующую таблицу:
Изотоп Число протонов Количество нейтронов Число электронов 238 х 95 238 U 75 112 Заполните следующую таблицу:
Изотоп Число протонов Количество нейтронов Число электронов 57 Fe 40 Х 20 36 S Используя масс-спектрометр, ученый определил процентное содержание изотопов серы, равное 95.27% для 32 S, 0,51% для 33 S и 4,22% для 34 S. Используйте атомную массу серы из периодической таблицы (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов») и следующие атомные массы, чтобы определить, точны ли эти данные, предполагая, что это единственные изотопы серы: 31,972071 а.е.м. для 32 S, 32,971459 а.е.м. для 33 S и 33,967867 а.е.м. для 34 S.
Процентное содержание двух из трех изотопов кислорода составляет 99.76% для 16 O и 0,204% для 18 O. Используйте атомную массу кислорода, указанную в периодической таблице (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов»), и следующие данные для определения массы из 17 O: 15,994915 а.е.м. для 16 O и 17,999160 а.е.м. для 18 О.
Какой элемент имеет более высокую массовую долю в NaI?
Какой элемент имеет более высокую массовую долю в KBr?
Убедитесь, что вы знакомы с темами, обсуждаемыми в разделе Основные навыки 1 (Раздел 1.9 «Основные навыки 1»), прежде чем переходить к числовым задачам.
Относительная атомная масса — вопрос…
На днях меня заставили задуматься об относительной атомной массе, и я задал себе очень простой вопрос, на который я не мог ответить. Меня немного смутило то, что (а) я не знал ответа и, что более важно, (б) я никогда раньше не задумывался над этим вопросом. Вопрос в том, «когда / где применяются эти цифры?» Позволь мне объяснить. Но для этого я познакомлю вас с идеей относительной атомной массы, шаг за шагом приведя к ней.
Периодические таблицы
Начнем с этого раздела упрощенной таблицы Менделеева.
Это такая таблица, которую вы могли бы использовать, например, 14-летний школьник, изучающий химию (во всяком случае, в Великобритании — я не знаю о других местах…). Меньшее число для каждого элемента «упорядочивает элементы» и называется атомным номером. Его также можно назвать «протонным числом», потому что это количество протонов в атоме элемента, и именно оно определяет, какой это элемент.
Большее число называется массовым числом. Это количество (протонов + нейтронов) в атоме элемента.Поскольку протоны и нейтроны в подавляющем большинстве преобладают над массой атома, массовое число также является (грубой) мерой массы атома (отсюда и термин «массовое число»…). Вы можете вспомнить такие таблицы, как следующая, показывающая относительные массы протонов, нейтронов и электронов…
| протон | нейтрон | электрон | |
|---|---|---|---|
| масса (относительные единицы) | 1 | 1 | 0, или «очень маленький» или c1 / 2000, в зависимости от вашего образования |
| заряд (отн. Ед.) | +1 | 0 | -1 |
И все в порядке, пока мы не заметим хлор, который, кажется, имеет 17 протонов и 18.5 нейтронов в каждом атоме. Но у вас не может быть и половины нейтрона. Итак, мы узнаем, что существует несколько форм или изотопов хлора. Один имеет 18 нейтронов и имеет массовое число 35 — он называется Cl-35. Другой имеет 20 нейтронов и массовое число 37, поэтому называется Cl-37. Изотоп Cl-35 в три раза более распространен, поэтому «средневзвешенное значение» массовых чисел ближе к 35, чем к 37. Вот почему в таблице указано 35,5.
Почему другие элементы не действуют таким образом? На самом деле это так (см. Следующую таблицу Менделеева), но обычно преобладает один изотоп, а средневзвешенное значение близко к целому числу.В этой простой периодической таблице был выбран вариант использования массового числа наиболее распространенного изотопа и игнорирования других. К хлору относятся по-другому, потому что его средневзвешенное значение настолько далеко от целого числа, что его нельзя разумно округлить, и, возможно, как дразнящий проблеск того, что происходит что-то еще и необходимо достичь другого уровня понимания.
Вскоре после этого этапа нашего химического образования мы можем узнать о родинках. Моль — это единица измерения количества вещества в системе СИ — это просто большое число (6.02 x 10 23 до 3 значащих цифр), который позволяет объединять огромное количество объектов вместе, чтобы упростить вычисления. Таким образом, вместо того, чтобы говорить о 6,02 x 10 23 атомах гелия, скажем, мы можем говорить об 1 моль гелия. Это все равно, что купить 1 дюжину яиц, а не 12 отдельных яиц, но гораздо более экстремально. Магическое число 6,02 x 10 23 не на пустом месте. Это количество атомов углерода в 12 г углерода-12 (по крайней мере, до переопределения СИ в мае 2019 года).И выбор 12 г тоже не случаен — это связано с массовым количеством углерода. Итак, 4 г гелия, 12 г углерода и 19 г фтора содержат одинаковое количество атомов — 1 моль.
И это почти правда…
Когда вы 16-летний (или около того) начинающий химик, кто-то объясняет, что предыдущая таблица Менделеева была упрощенной и основывалась на атомной структуре (количестве протонов, нейтронов и электронов) и дает вам более практическую информацию. полезный, как показано ниже.
Эта таблица Менделеева построена принципиально иначе. Он основан на эмпирически определенной массе одного моля, а не на количестве субатомных частиц в атоме. 4,0026 г — это масса гелия, которую вы должны взвесить на самом деле , чтобы получить 1 моль атомов гелия. Мы узнаем, что 4,0026 называется относительной атомной массой (ОЗУ) гелия. У него нет единицы измерения, потому что он измеряется относительно массы углерода-12, что соответствует RAM равной 12 (отсюда и «R» в RAM).
Почему — это не целых чисел относительной атомной массы? Причин как минимум три.
Изотопные содержания
Во-первых, большинства элементов существуют в виде смеси изотопов. (Наш 14-летний химик знал это для хлора, но умудрялся игнорировать это для других элементов!). Ну, хорошо, но, принимая во внимание определение «моль», почему оперативная память углерода не равна точно 12? Что ж, определение родинки было основано на углероде-12.Но в образце углерода не только содержит углерода-12. Есть смесь изотопов — 99% углерода-12 и 1% углерода-13. (Эти проценты называются естественным содержанием изотопов — они являются причиной моего безответного вопроса, к которому мы идем!).
Среднее значение массовых чисел изотопов углерода, взвешенное в зависимости от их содержания, тогда составляет
.\ (\ frac {(99 \ times12) + (1 \ times13)} {100} = 12,011 \)
, который представляет собой номер, указанный в периодической таблице для ОЗУ углерода 1 .
Так что, возможно, все числа RAM можно объяснить только этой идеей средневзвешенного массового числа.
Масса протонов, нейтронов и электронов
Но если бы это было правдой, любые элементы, содержащие только один изотоп, имели бы целые числа RAM (усреднение не требовалось бы). Фтор является одним из таких элементов. Единственным стабильным изотопом фтора является F-19, и содержание этого изотопа составляет практически 100%. А еще в таблице у фтора ОЗУ 18,998403 г.Близко к 19, правда, но не совсем 19…
Это подводит нас ко второй и третьей причинам.
Во-вторых, таблица масс и зарядов частиц, показанная ранее, упрощена. Масса протона не совсем такая же, как масса нейтрона, а масса электронов мала, но не равна нулю! В «атомных единицах массы», u, масса протона равна 1,00728 u, масса нейтрона равна 1,00866 u, а масса электрона равна 0,00055 u. (Атомная единица массы u определяется как 1/12 массы атома углерода-12 — она аналогична массе атома водорода).В результате, если два элемента имеют разные соотношения протонов и нейтронов, их RAM не будет таким же, как хорошее, простое, целочисленное соотношение их массовых чисел! Это делает статистически маловероятным целое количество RAM, мягко говоря!
Изотопные массы
И третья причина является самой поразительной из всех — когда вы складываете массы протонов, нейтронов и электронов, составляющих атом (с нашими новыми точными массами), она отличается от массы атома!
Вы можете увидеть это для фтора.2 \)) означает, что атом также имеет меньшую массу, чем отдельные частицы. Не намного. Но в ощутимой сумме. Таким образом, масса образца одного изотопа (по сравнению с C-12, которому присвоено значение 12) не совпадает с массовым числом. Обычно это неудобная десятичная дробь. Это называется изотопной массой.
Двигаемся дальше…
Итак, резюмируем…
- Углерод
- имеет нецелочисленное ОЗУ, потому что он состоит из смеси изотопов.
- А у фтора ОЗУ нецелое число, потому что протоны и нейтроны имеют неидентичные массы, а масса атома не является суммой масс протонов, нейтронов и электронов.То же самое и с 21 другим элементом.
Для всех других элементов используется комбинация этих эффектов. Тем не менее, для многих элементов преобладает один изотоп, что приводит к средневзвешенному значению, близкому к…
Это я уже знал. Чтобы вычислить относительную атомную массу, вам нужны массы изотопов и их относительное содержание.
Так в чем проблема?
Но потом я подумал… где правда это относительное изобилие? По всей вселенной? На земле? По всей земной коре? Что бы это вообще значило? Мы не взяли пробы всей земной коры!
Разве оперативная память не меняется от образца к образцу? Они делают! Оказывается, для образца можно определить относительную атомную массу .И на самом деле, термин «относительная атомная масса», согласно его странице в Википедии (кто сказал, что эти сообщения не были тщательно исследованы?), только применимо к данному образцу, изотопный состав которого известен! Бор из Турции имеет меньшую относительную атомную массу, чем бор из Калифорнии, по-видимому, из-за его другого изотопного состава.
Тогда «стандартный атомный вес» действует как среднее из многих, многих образцов, взятых во времени в разных местах. Я не знаю, как это делается и кто это координирует, но мне кажется удивительным, что это нужно делать, и это происходит в фоновом режиме.Изотопное содержание в образце определить сложнее, чем изотопные массы, поэтому большая часть неопределенности в «стандартных атомных весах» связана с их содержаниями.
Я использовал периодическую таблицу в течение многих лет и только сейчас пришел к выводу, что неудобные десятичные числа вовсе не являются строго оперативной памятью — это стандартные атомные веса! Так что нам действительно следует говорить о «стандартном атомном весе» (который ИЮПАК действительно должен переименовать в терминах массы, а не веса. Может быть, «стандартная относительная атомная масса»?).Или, по крайней мере, говорить о « — относительной атомной массе », а не « — относительной атомной массе ».
Сноска
1 Расчет был упрощен. Фактически он должен включать массу C-13 как массу изотопа 13,003355, а не массовое число 13. Однако это будет иметь лишь крошечное различие, поскольку (а) разница между двумя массами очень мала, и (б) количество этого изотопа настолько мало (его содержание всего 1.07%.
2 А для более глубокого изучения таблицы Менделеева в целом и ее связей с атомной структурой, смотрите нашу серию статей, начинающуюся здесь.
Атомная масса (m a ) — это масса покоящегося атома, чаще всего выражаемая в унифицированных атомных единицах массы. [1] Атомной массой можно считать общую массу протонов, нейтронов и электронов в отдельном атоме (когда атом неподвижен).Атомная масса иногда неправильно используется как синоним относительной атомной массы , средней атомной массы и атомной массы ; однако они незначительно отличаются от атомной массы. Атомная масса определяется как масса атома, которая может быть только одним изотопом за раз и не является средневзвешенным изобилием. В случае многих элементов, которые имеют один доминирующий изотоп, фактическая численная разница между атомной массой наиболее распространенного изотопа и относительной атомной массой или стандартными атомными весами может быть очень маленькой, так что это не влияет на большинство массовых вычислений, но такая ошибка может иметь решающее значение при рассмотрении отдельных атомов.Для элементов с более чем одним общим изотопом разница даже в самой распространенной атомной массе может составлять половину единицы массы или более (например, хлор). Атомная масса необычного изотопа может отличаться от относительной атомной массы или стандартной атомной массы на несколько единиц массы. Относительная атомная масса (A r ) (также известная как атомная масса и средняя атомная масса ) представляет собой среднее значение атомных масс всех изотопов химического элемента, обнаруженных в конкретной среде, взвешенное по изотопному содержанию. [2] Это часто используется как синоним стандартного атомного веса , и это не неправильно, поскольку стандартные атомные веса являются относительными атомными массами, хотя это менее специфично. Относительная атомная масса также относится к внеземной среде и весьма специфической земной среде, которая отклоняется от среднего значения или имеет другую достоверность (количество значащих цифр), чем стандартные атомные веса. Стандартный атомный вес относится к средней относительной атомной массе элемента в локальной среде земной коры и атмосферы, как это определено Комиссией ИЮПАК по атомным весам и изотопному содержанию. [3] Это то, что входит в стандартную периодическую таблицу и используется в большинстве массовых вычислений. В скобках указана неопределенность, которая часто отражает естественную изменчивость изотопного распределения, а не неопределенность измерения. [4] Для синтетических элементов образующийся изотоп зависит от средств синтеза, поэтому концепция естественного изотопного содержания не имеет значения. Поэтому для синтетических элементов общее количество нуклонов наиболее стабильного изотопа (т. Е. Изотопа с наибольшим периодом полураспада) указано в скобках вместо стандартного атомного веса.Литий представляет собой уникальный случай, когда естественное содержание изотопов было нарушено деятельностью человека до такой степени, что это повлияло на неопределенность его стандартного атомного веса, даже в образцах, полученных из природных источников, таких как реки. Относительная изотопная масса — это относительная масса изотопа, пересчитанная с учетом углерода-12, равная точно 12. Никакие другие изотопы не имеют целых масс из-за разной массы нейтронов и протонов, а также потери / увеличения массы. к энергии связи.Однако, поскольку дефект массы из-за энергии связи минимален по сравнению с массой нуклона, округление атомной массы изотопа дает вам общее количество нуклонов. Затем количество нейтронов может быть получено путем вычитания атомного номера. Рекомендуемые дополнительные знанияДефекты массы атомных массХарактер отклонений атомных масс от их массовых чисел следующий: отклонение начинается с положительного значения при водороде-1, становится отрицательным до тех пор, пока не будет достигнуто минимальное значение для железа-56, железа-58 и никеля-62, затем увеличивается до положительные значения в тяжелых изотопах с увеличением атомного номера.Это соответствует следующему: деление ядра в элементе тяжелее железа дает энергию, а деление в любом элементе легче железа требует энергии. Обратное верно для реакций ядерного синтеза: синтез элементов легче железа производит энергию, а синтез элементов тяжелее железа требует энергии. Измерение атомных массПрямое сравнение и измерение масс атомов достигается с помощью масс-спектрометрии. Переводной коэффициент между атомными единицами массы и граммамиСтандартная научная единица измерения атомов в макроскопических количествах — это моль (моль), который определяется произвольно как количество вещества с таким количеством атомов или других единиц, которое содержится в 12 граммах изотопа углерода C-12.Число атомов в моль называется числом Авогадро, значение которого составляет приблизительно 6,022 × 10 23 моль -1 . Один моль вещества всегда содержит почти точно относительную атомную массу или молярную массу этого вещества (что является понятием молярной массы), выраженное в граммах; однако это почти никогда не верно для атомной массы . Например, стандартный атомный вес железа составляет 55,847 г / моль, и, следовательно, один моль железа, обычно встречающегося на Земле, имеет массу 55.847 грамм. Атомная масса изотопа 56 Fe составляет 55,935 ед., А один моль 56 Fe теоретически будет весить 55,935 г, но таких количеств чистого 56 Fe никогда не существовало. Формульное преобразование между атомной массой и массой в системе СИ в граммах для одного атома: где u — атомная единица массы, а N A — число Авогадро. Связь между атомными и молекулярными массамиАналогичные определения применимы к молекулам.Можно вычислить молекулярную массу соединения, сложив атомные массы составляющих его атомов (нуклидов). Можно вычислить молярную массу соединения, сложив относительные атомные массы элементов, указанных в химической формуле. В обоих случаях необходимо учитывать множественность атомов (количество раз, когда она встречается), обычно путем умножения каждой уникальной массы на ее кратность. ИсторияВ истории химии первыми учеными, определившими атомный вес, были Джон Дальтон между 1803 и 1805 годами и Йенс Якоб Берцелиус между 1808 и 1826 годами.Атомный вес первоначально был определен относительно веса самого легкого элемента водорода, взятого за 1,00. Станислао Канниццаро в 1860-х годах уточнил атомные веса, применив закон Авогадро. Он сформулировал закон для определения атомных весов элементов: различные количества одного и того же элемента, содержащиеся в разных молекулах, целиком кратны атомному весу , и определил атомный вес и молекулярный вес, сравнивая плотность пара совокупности газов с молекулы, содержащие один или несколько рассматриваемых химических элементов [5] . В начале двадцатого века, вплоть до 1960-х годов, химики и физики использовали две разные шкалы атомных масс. Химики использовали такую шкалу, чтобы природная смесь изотопов кислорода имела атомную массу 16, в то время как физики присвоили то же число 16 атомной массе наиболее распространенного изотопа кислорода (содержащего восемь протонов и восемь нейтронов). Однако, поскольку кислород-17 и кислород-18 также присутствуют в природном кислороде, это привело к двум различным таблицам атомных масс.Единая шкала, основанная на углероде-12, 12 C, отвечала потребности физиков основывать шкалу на чистом изотопе, будучи численно близкой к старой шкале химиков. Термин атомная масса постепенно отменяется и заменяется относительной атомной массой в большинстве случаев. История этого сдвига в номенклатуре восходит к 1960-м годам и вызвала много споров в научном сообществе. Споры в значительной степени были вызваны принятием единой атомной единицы массы и осознанием того, что вес в некотором роде был неподходящим термином.Аргументом в пользу сохранения термина «атомный вес» было прежде всего то, что это был хорошо понятный термин для тех, кто в этой области, что термин «атомная масса» уже использовался (как он определяется в настоящее время) и что термин «относительная атомная масса» масса »была в некотором роде избыточной. В 1979 году, в результате компромисса, определение было уточнено, и термин «относительная атомная масса» был введен в качестве вторичного синонима. Двадцать лет спустя приоритет этих синонимов изменился, и теперь термин «относительная атомная масса» стал предпочтительным; однако «стандартные атомные веса» сохранили то же название. «АТОМНЫЙ ВЕС» — НАЗВАНИЕ, ЕГО ИСТОРИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ЕДИНИЦЫ, P. DE BIEVRE и H. S. PEISER Pure & App. Chem., 64, 1535, 1992 be-x-old: Атамная маса |
Время пересмотреть нашу таблицу :: ChemViews Magazine :: ChemistryViews
Вопреки распространенному мнению, атомные веса не обязательно являются константами природы. Способность ученых измерять эти значения постоянно улучшается, поэтому можно ожидать, что точность этих значений со временем должна улучшаться.Задача Комиссии по изотопному содержанию и атомному весу (CIAAW) IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии) — регулярно проверять определения атомного веса и публиковать обновленные значения.
Согласно оценке, опубликованной в Pure and Applied Chemistry [1], даже самая упрощенная таблица, сокращенная до четырех значащих цифр, должна быть обновлена для элементов селена и молибдена. Согласно последнему выпуску «Атомных весов элементов» за 2015 год [2], требуется еще одно обновление иттербия.
Многие стандартные атомные веса не являются константами природы
Хотя многих из нас учили, что значения атомного веса, указанные в таблице Менделеева в наших классах химии, являются константами природы, уже более полувека известно, что атомные веса многих элементов не являются константами природы. Однако только в последние несколько лет Таблица стандартных атомных весов ИЮПАК была обновлена, чтобы прояснить этот факт, заменив однозначные значения атомного веса интервалами атомного веса (см. [3] и [4]).
Например, начиная с Таблицы 2009 года, атомный вес лития был изменен с 6,941 ± 0,002 на [6,938, 6,997], чтобы указать, что атомный вес встречающихся в природе образцов лития, включающих обычные химические реагенты, может находиться в диапазоне от 6,938 до 6,997. в зависимости от источника материала (см. рис. 1). Если кто-то знает источник лития в образце, он может иметь более точное значение атомного веса. Однако, если источник неизвестен, значение атомного веса может быть в той или иной крайности.
Сегодня стандартные значения атомного веса двенадцати элементов лучше всего выражать в виде интервалов. Это водород, литий, бор, углерод, азот, кислород, магний, кремний, сера, хлор, бром и таллий. Некоторым пользователям данных с атомным весом требуется фиксированное значение, например, для торговли или коммерции. Для этих целей CIAAW предоставляет стандартные значения атомного веса для этих элементов (см. Табл. 1).
Таблица 1. Условные атомные веса и интервалы атомных весов выбранных элементов, сокращенные до четырех цифр [1]. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Атомные веса элементов с более чем одним стабильным изотопом
Атомный вес элемента E, обозначение A r (E), представляет собой сумму произведений относительной атомной массы и доли каждого стабильного и долгоживущего радиоактивного изотопа этого элемента. в данном образце.Поскольку относительные атомные массы известны с высокой точностью, атомные массы элементов, имеющих только один стабильный или долгоживущий радиоактивный изотоп, также известны с высокой точностью. Например, золото-197 ( 197 Au) является единственным стабильным изотопом золота, и его относительная атомная масса (атомный вес) составляет A r ( 197 Au) = 196,96657, выраженная до 8 цифр. Таким образом, атомный вес золота A r (Au) можно относительно точно выразить как 196.96657, что будет округлено до 197,0 в четырехзначной таблице.
Для элементов с более чем одним стабильным или долгоживущим радиоактивным изотопом точность атомного веса существенно ниже, поскольку точность, с которой могут быть определены дробные количества каждого изотопа в данном образце, ниже. Например, литий имеет два стабильных изотопа, 6 Li и 7 Li, с относительными атомными массами соответственно 6,0151229 и 7,0160034, выраженными до 8 цифр.
Однако наилучшее измерение фракций 6 Li и 7 Li в образце дает 0,07589 ± 0,00024 и 0,
± 0,00024, соответственно, что дает атомный вес A r (Li):
A r (Li) = 6,0151229 × (0,07589 ± 0,00024) + 7,0160034 × (0,
± 0,00024) = 6,9400 ± 0,0002
Таким образом, аналитическая неопределенность измерения количеств двух изотопов лития в образце ограничивает атомный вес лития с точностью до пяти цифр.
Естественное изменение доли 7 Li в образце дополнительно ограничивает точность атомного веса. Это показано на рисунке 1 для выбранных литийсодержащих материалов. Доля количества определенного изотопа в образце также называется мольной долей, количественной долей, атомной долей или изотопным содержанием. Обратите внимание, что атомные веса являются безразмерными величинами, потому что относительные атомные массы масштабируются до одной двенадцатой массы атома углерода-12.
Рис. 1. Изменение атомной массы с мольной долей 7 Li в некоторых литийсодержащих материалах (изменено из [3]). |
Атомный вес до четырех значащих цифр
Сорок лет назад первая Таблица атомных весов до четырех значащих цифр, основанная на значениях 1975 года, была разработана под руководством CIAAW и опубликована Комитетом ИЮПАК по преподаванию химии [5].В последние годы аналогичные таблицы были также опубликованы в Pure and Applied Chemistry вместе с подробными обзорами, проводимыми Комиссией раз в два года. Однако Комиссия признала, что подробности и количество значащих цифр, представленных в полной Таблице стандартных атомных весов (например, до 9 цифр для алюминия (алюминия) или фтора, или даже 10 цифр для цезия (цезий)), превышают потребность. и интересы многих пользователей. Сокращенная таблица также была опубликована с расчетом, что последующие изменения будут минимальными.
Таблица 2. Таблица четырехзначных значений атомного веса для выбранных элементов по годам. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(*, значение может отличаться от атомного веса соответствующих элементов в некоторых нормальных материалах из-за различий в изотопном содержании стабильных изотопов элемента; неопределенность в стандартном атомном весе более ± 1 указана в скобках после последнего значимого цифра, которой это присвоено.) |
Ожидание минимальных изменений значений атомного веса было верным предсказанием.За исключением пяти элементов (лития, бора, серы, титана и германия), четырехзначные стандартные значения атомной массы не изменились за пять десятилетий более чем на одну цифру в последнем месте. Для трех из этих элементов (лития, бора и серы) различия связаны с распознаванием естественного изотопного фракционирования в обычных материалах. Улучшения двух других, титана и германия, обусловлены использованием масс-спектрометрии для определения более точных изотопных содержаний и, следовательно, более точных значений атомного веса [7].
Обзор значений, представленных в таблице 2013 г. [1], вызвал обновление двух четырехзначных стандартных значений атомной массы для селена и молибдена. В недавнем выпуске 2015 г. [2] было произведено дополнительное обновление для элемента иттербий. В этих случаях исправления связаны с улучшенными измерениями с использованием высокоточной масс-спектрометрии.
Если вы регулярно обращаетесь к таблице, сокращенной до четырех значащих цифр, убедитесь, что вы обновили свою таблицу этими последними значениями.
Благодарности
Комментарии г-жи Керри Миллер (Университет Калгари, Канада), профессора Питера Аткинса (Линкольн-колледж, Великобритания), профессора Яна Миллса (Университет Рединга, Великобритания) и профессора Питера Махаффи (Королевский университет, Эдмонтон, Канада) ) ценятся. Этот отчет стал возможным благодаря поддержке Национальной исследовательской программы Геологической службы США.
Авторы
Тайлер Б. Коплен
Геологическая служба США, Рестон, Вирджиния, США, электронная почта: [адрес электронной почты защищен]
Фабьен Мейерс
Международный союз чистой и прикладной химии, бостонский университет, химический факультет, Бостон, Массачусетс, США, электронная почта: [адрес электронной почты защищен]
Норман Э.Холден
Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория, Аптон, Нью-Йорк, США, электронная почта: [адрес электронной почты защищен]
Список литературы
[1] Юрис Мейя, Тайлер Б. Коплен, Майкл Берглунд, Вилли А. Бранд, Поль Де Бьевр, Манфред Грёнинг, Норман Э. Холден, Йоханна Ирргехер, Роберт Д. Лосс, Томас Валчик, Томас Прохаска, Pure Appl. Chem. 2016 , 88 , 265–291. DOI: 10.1515 / pac-2015-0305
[2] Пресс-релиз ИЮПАК, 24 августа г., 2015 г. .Ссылка
[3] М. Э. Визер, Т. Б. Коплен, Pure Appl. Chem. 2011 , 83 , 359–396. DOI: 10.1351 / PAC-REP-10-09-14
[4] Т. Б. Коплен, Н. Э. Холден, Chemistry International 2011 , 33 (2) , 10–15. Ссылка
[5] Комитет ИЮПАК по преподаванию химии, Int. Новости Chem. Educ. (июнь 1975 ), 2.
[6] A. E. Cameron, E. Wichers, J. Am. Chem. Soc. 1962 , 84 , 4175–4197. DOI: 10.1021 / ja00881a001
[7] J. R. de Laeter et al., Pure Appl. Chem. 2003 , 75 , 683–800.