У чому вимірюється атомна маса елемента? Атомна маса

З матеріалів уроку ви дізнаєтеся, що атоми одних хімічних елементів від атомів інших хімічних елементів масою. Вчитель розповість, як хіміки вимірювали масу атомів, які так мало, що їх не побачиш навіть за допомогою електронного мікроскопа.

Тема: Початкові хімічні уявлення

Урок: Відносна атомна маса хімічних елементів

На початку 19 ст. (через 150 років після робіт Роберта Бойля) вчений ДжонДальтон запропонував спосіб визначення маси атомів хімічних елементів. Розглянемо суть цього.

Дальтон запропонував модель, відповідно до якої молекулу складної речовинивходить лише по одному атому різних хімічних елементів. Наприклад, він вважав, що молекула води складається з 1 атома водню та 1 атома кисню. До складу простих речовинпо Дальтон теж входить тільки один атом хімічного елемента. Тобто. молекула кисню має складатися з одного атома кисню.

І тоді, знаючи масові частки елементів у речовині, легко визначити скільки разів маса атома одного елемента відрізняється від маси атома іншого елемента. Таким чином, Дальтон вважав, що масова часткаелемента у речовині визначається масою його атома.

Відомо, що масова частка магнію в оксиді магнію дорівнює 60%, а масова частка кисню – 40%. Йдучи шляхом міркувань Дальтона, можна сказати, що маса атома магнію більше масиатома кисню в 1,5 рази (60/40 = 1,5):

Вчений зазначив, що маса атома водню найменша, т.к. немає складної речовини, в якій масова частка водню була б більшою за масову частку іншого елемента. Тому він запропонував маси атомів елементів порівнювати із масою атома водню. І в такий спосіб обчислив перші значення відносних (щодо атома водню) атомних мас хімічних елементів.

Атомна масаводню було прийнято за одиницю. А значення відносної маси сірки вийшло рівним 17. Але отримані значення були або приблизними, або невірними, т.к. техніка експерименту на той час була далека від досконалості і встановлення Дальтона склад речовини була неправильною.

У 1807 – 1817 pp. шведський хімікЙєнс Якоб Берцеліус провів величезне дослідження щодо уточнення відносних атомних мас елементів. Йому вдалося отримати результати, близькі до сучасних.

Значно пізніше робіт Берцеліуса маси атомів хімічних елементів стали порівнювати із 1/12 маси атома вуглецю (Рис. 2).

Рис. 1. Модель розрахунку відносної атомної маси хімічного елемента

Відносна атомна маса хімічного елемента показує, скільки разів маса атома хімічного елемента більше 1/12 маси атома вуглецю.

Відносна атомна мас позначається А r вона не має одиниць вимірювання, так як показує відношення мас атомів.

Наприклад: А r(S) = 32, тобто. атом сірки в 32 рази важчий за 1/12 маси атома вуглецю.

Абсолютна маса 1/12 атома вуглецю є еталонною одиницею, значення якої обчислено з високою точністю і становить 1,66*10-24 г або 1,66*10-27 кг. Ця еталонна маса називається атомною одиницею маси (А.е.м.).

Значення відносних атомних мас хімічних елементів запам'ятовувати не треба, вони наведені в будь-якому підручнику або довіднику з хімії, а також періодичної таблиціД.І. Менделєєва.

При розрахунках значення відносних атомних мас прийнято округляти до цілих.

Винятком є ​​відносна атомна маса хлору – для хлору використовують значення 35,5.

1. Збірник завдань та вправ з хімії: 8-й клас: до підручника П.А. Оржековського та ін. «Хімія, 8 клас»/П.А. Оржековський, Н.А. Тітов, Ф.Ф. Гегелі. - М.: АСТ: Астрель, 2006.

2. Ушакова О.В. Робочий зошит з хімії: 8 кл.: до підручника П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/О.В. Ушакова, П.І. Беспалов, П.А. Оржеківський; під. ред. проф. П.А. Оржековського - М: АСТ: Астрель: Профіздат, 2006. (с.24-25)

3. Хімія: 8-й клас: навч. для загальнообр. установ/П.А. Оржековський, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§ 10)

4. Хімія: неорг. хімія: навч. для 8 кл. загальнообр. установ/Г.Є. Рудзітіс, Фюґю Фельдман. - М.: Просвітництво, ВАТ «Московські підручники», 2009. (§ 8,9)

5. Енциклопедія для дітей. Том 17. Хімія/Голов. ред.В.А. Володін, вед. наук. ред. І. Леєнсон. - М.: Аванта +, 2003.

Додаткові веб-ресурси

1. Єдина колекція цифрових освітніх ресурсів ().

2. Електронна версія журналу "Хімія і життя" ().

Домашнє завдання

с.24-25 № 1-7з Робочого зошитаз хімії: 8 кл.: до підручника П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/О.В. Ушакова, П.І. Беспалов, П.А. Оржеківський; під. ред. проф. П.А. Оржековського – М.: АСТ: Астрель: Профіздат, 2006.

Маси атомів та молекул дуже малі. Тому логічно було ввести нові одиниці виміру маси в хімії, обравши як зразок масу одного з елементів. У сучасної фізикиі хімії в якості одиниці атомної маси обрана маси 112 атома вуглецю 12C. Нова одиниця одержала назву атомної одиниці маси.

ВИЗНАЧЕННЯ

Атомна одиниця маси (а.о.м.)- позасистемна одиниця, що застосовується для вираження мас атомів, молекул, атомних ядері елементарних частинок. Визначається як маси 112 атома вуглецю 12C в основному стані.

1 а.е.м. = 1,660539040⋅10−27 кг ≈ 1,66⋅10−27 кг

Маси всіх атомів і молекул, таким чином, можуть бути виражені в атомних одиницьах маси. У таких випадках говорять про абсолютної атомної маси(A) або абсолютної молекулярної маси(МолМмол). Ці величини мають розмірність [а.е.м.].

Досить зручно виражати атомні маси всіх елементів щодо маси еталонної одиниці. Маса атома, розрахована щодо 1 а.е.м., одержала назву відносної атомної маси.

ВИЗНАЧЕННЯ

Відносна атомна маса елемента Ar - відношення маси атома до маси 112 атома вуглецю 12C:

Ar(X)=m(X)112m(12C)

Відносна атомна маса – величина безрозмірна!

Відносна атомна маса показує, у скільки разів маса даного атома більша за 112 маси атома вуглецю. Наприклад, Ar(H)=1, тобто. один атом водню має таку ж масу, як 112 атома вуглецю; а запис Ar(Mg)=24 означає, що атом магнію в 24 рази важче, ніж 112 атомів вуглецю.

Спочатку (в XIX столітті) атомні ваги елементів відносили до маси водню, прийнявши на пропозицію Джона Дальтона останню за одиницю, оскільки водень - найлегший елемент. Потім як зразок використовували масу кисню, прийняту за 16, оскільки при розрахунку маси елементів в основному використовувалися їх кисневі сполуки. Відношення маси кисню до маси водню приймалося як 16 до 1. Однак у кисню існує три ізотопи: 16O , 17O , 18O тому 1/16 ваги природного кисню характеризувала лише середнє значення маси всіх відомих ізотопів кисню. В результаті оформили дві шкали: фізична (заснована на масі 16O ) та хімічна (заснована на середньому значенні маси природного кисню), що створювало певні труднощі. Тому в 1961 році за одиницю маси було прийнято 1/12 ваги атома вуглецю 12C .

Атомні маси багатьох елементів було встановлено у ХІХ столітті досвідченим шляхом. Так, наприклад, було відомо, що мідь реагує із сіркою з утворенням сульфіду міді складу CuS де на один атом міді припадає один атом сірки. Розрахувавши маси вступників

в реакцію сірки і міді, помітили, що маса сірки, що прореагувала, в два рази менше маси прореагувала міді, а отже, кожен атом міді в 2 рази важче атома сірки. Аналогічним чином було встановлено атомні маси інших елементів з реакцій утворення їх сполук з киснем - оксидів.

Чисельні значення абсолютних мас атомів, виражені а.е.м., збігаються зі значеннями відносних атомних мас.

Значення відносних атомних мас елементів наведено у Періодичній системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва. У випадку, якщо елемент має кілька ізотопів, в якості атомної маси в періодичній таблиці вказується середнє значення маси всіх ізотопів.

При вирішенні розрахункових завдань атомна маса округляєтьсяза правилами арифметики, до найближчого цілого числа.

Наприклад: Ar(P)=31, Ar(Ge)=73, Ar(Zn)=65

Виняткомє хлор, атомна маса якого округляється до десятих:

Однак, у більшості екзаменаційних завданьта завдань базового рівнямаса міді округляється цілого числа: Ar(Cu)=64.

РОЗРАХУНОК СЕРЕДНЬОЇ АТОМНОЇ МАСИ ЕЛЕМЕНТА

Атомні маси елементів, наведені у таблиці Менделєєва, мають дробові значення. Це пов'язано з тим, що в даному випадкумова йде про середню відносну атомну масу елемента. Вона розраховується з урахуванням поширеності ізотопів елемента в земної кори:

Ar(X)=Ar(aX)⋅ω(aX)+Ar(bX)⋅ω(bX)+…,

де Ar - середня відносна атомна маса елемента X,

Ar(aX),Ar(bX) - відносні атомні маси ізотопів елемента X,

ω(aX),ω(bX) - масові частки відповідних ізотопів елемента X по відношенню до загальній масівсіх атомів даного елемента у природі.

Наприклад, хлор має два природні ізотопи - 35Cl (75,78% за масою) і 37Cl (24,22%). Відносна атомна маса елемента хлору дорівнює:

Ar(Cl)=Ar(35Cl)⋅ω(35Cl)+Ar(37Cl)⋅ω(37Cl)

Ar(Cl)=35⋅0,7578+37⋅0,2422=26,523+8,9614=35,4844≈35,5

Однією з фундаментальних властивостей атомів є їх маса. Абсолютна (справжня) маса атома- Величина надзвичайно мала. Зважити атоми на терезах неможливо, оскільки таких точних терезів не існує. Їхні маси були визначені за допомогою розрахунків.

Наприклад, маса одного атома водню дорівнює 0,000 000 000 000 000 000 000 001663 грама!Маса атома урану – одного з найважчих атомів, становить приблизно 0,000 000 000 000 000 000 000 4 грами.

Точне значення маси атома урану - 3,952 ∙ 10-22 г, а атома водню, найлегшого серед усіх атомів, - 1,673 ∙ 10-24 г.

Здійснювати розрахунки з малими числами незручно. Тому замість абсолютних мас атомів використовують їх відносні маси.

Відносна атомна маса

Про масу будь-якого атома можна судити, порівнюючи її з масою іншого атома (знаходити відношення їх мас). З моменту визначення відносних атомних мас елементів використовувалися різні атоми порівняння. Своєрідними зразками для порівняння свого часу були атоми водню та кисню.

Єдина шкала відносних атомних мас і нова одиницяатомної маси, прийнята Міжнародним з'їздом фізиків (1960) та уніфікована Міжнародним з'їздом хіміків (1961).

На сьогодні еталоном для порівняння є 1/12 частина маси атома вуглецю. Це значенняназивають атомною одиницею маси, скорочено а.

Атомна одиниця маси (а.е.м.) – маса 1/12 частини атома вуглецю

Порівняємо, у скільки разів відрізняється абсолютна маса атома водню та урану від 1 а.е.м., для цього розділимо ці числа одне на інше:

Отримані при розрахунках значення і є відносними атомними масами елементів щодо 1/12 маси атома вуглецю.

Так, відносна атомна маса водню приблизно дорівнює 1, а урану – 238.Зверніть увагу, що відносна атомна маса не має одиниць виміру, оскільки при розподілі одиниці виміру абсолютних мас (грами) скорочуються.

Відносні атомні маси всіх елементів зазначені у Періодичній Системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва. Символ, за допомогою якого позначають відносну атомну масу Аr (літера r – скорочення від слова relative,що означає відносний).

Значення відносних атомних мас елементів використовують у багатьох розрахунках.Як правило, значення, наведені в Періодичній системі, округляються до цілих чисел. Зверніть увагу, що елементи Періодичної Системи розміщені в порядку збільшення відносних атомних мас.

Наприклад, за допомогою Періодичної системивизначимо відносні атомні маси ряду елементів:

Ar(O) = 16; Ar(Na) = 23; Ar(P) = 31.
Відносну атомну масу хлору прийнято записувати 35,5!
Ar(Сl) = 35,5

• Відносні атомні маси пропорційні абсолютним масам атомів
• Еталоном визначення відносної атомної маси є 1/12 частина маси атома вуглецю
• 1 а.е.м. = 1,662 ∙ 10−24 г
• Відносну атомну масу позначають Ar
• Для розрахунків значення відносних атомних мас округляють до цілих, виняток – хлор, котрому Ar = 35,5
• Відносна атомна маса не має одиниць виміру

Атомна маса відносна атомна маса(застаріла назва - атомна вага) – значення маси атома, виражене в атомних одиницях маси. В даний час атомна одиниця маси прийнята рівною 1/12 маси нейтрального атоманайбільш поширеного ізотопу вуглецю 12C, тому атомна маса цього ізотопу за визначенням дорівнює точно 12. Для будь-якого іншого ізотопу атомна маса не є цілим числом, хоча і близька до масового числа даного ізотопу (тобто. сумарній кількостінуклонів - протонів та нейтронів - у його ядрі). Різниця між атомною масою ізотопу та його масовим числом називається надлишком маси (зазвичай його виражають у МеВах). Він може бути як позитивним, і негативним; Причина його виникнення - нелінійна залежність енергії зв'язку ядер від кількості протонів і нейтронів, і навіть відмінність у масах протона і нейтрону.

Залежність атомної маси від масового числатака: надлишок маси позитивний у водню-1, зі зростанням масового числа він зменшується і стає негативним, доки не досягається мінімум у заліза-56, потім починає зростати і зростає до позитивних значеньу тяжких нуклідів. Це відповідає тому, що розподіл ядер, більш важких, ніж залізо, вивільняє енергію, тоді як розподіл легких ядер потребує енергії. Навпаки, злиття ядер легше заліза вивільняє енергію, а злиття елементів важче заліза вимагає додаткової енергії.

Атомна маса хімічного елемента (також «середня атомна маса», «стандартна атомна маса») є середньозваженою атомною масою всіх стабільних ізотопів даного хімічного елемента з урахуванням їхньої природної поширеності у земній корі та атмосфері. Саме ця атомна маса представлена ​​у періодичній таблиці, її використовують у стехіометричних розрахунках. Атомна маса елемента з порушеним ізотопним співвідношенням (наприклад, збагаченого ізотопом) відрізняється від стандартної.

Молекулярною масою мо хімічної сполукиназивається сума атомних мас елементів, складових її, помножених на стехіометричні коефіцієнти елементів хімічної формулиз'єднання. Строго кажучи, маса молекули менша за масу складових її атомів на величину, рівну енергіїзв'язки молекули. Однак цей дефект маси на 9-10 порядків менше маси молекули, і їх можна знехтувати.

Визначення моля (і числа Авогадро) вибирається таким чином, щоб маса одного молячи речовини ( молярна маса), Виражена в грамах, була чисельно дорівнює атомної (або молекулярної) масі цієї речовини. Наприклад, атомна маса заліза дорівнює 55847. Тому одна моль атомів заліза (тобто їх кількість, рівну числуАвогадро, 6,022 · 1023) містить 55,847 грамів.

Пряме порівняння та вимірювання мас атомів та молекул виконується за допомогою мас-спектрометричних методів.
Історія
До 1960-х років атомну масу визначали таким чином, щоб ізотоп кисень-16 мав атомну масу 16 (киснева шкала). Однак співвідношення кисню-17 і кисню-18 у природному кисні, який також використовувався у розрахунках атомної маси, призводило до наявності двох різних таблицьатомних мас. Хіміки використовували шкалу, засновану на тому, що природна суміш ізотопів кисню повинна була мати атомну масу 16, тоді як фізики надавали те ж число 16 атомній масі найбільш поширеного ізотопу кисню (що має вісім протонів і вісім нейтронів).
Вікіпедія

Атоми мають дуже маленький розмірі дуже невелику масу. Якщо виражати масу атома якого-небудь хімічного елемента в грамах, це буде число перед яким знаходиться понад двадцять нулів після коми. Тому вимірювати масу атомів у грамах незручно.

Однак, якщо прийняти якусь дуже малу масу за одиницю, всі інші малі маси можна висловлювати як ставлення до цієї одиниці. Як одиниця виміру маси атома була обрана 1/12 частина маси атома вуглецю.

1/12 частину маси атома вуглецю називають атомною одиницею маси(А. Е. М.).

Відносною атомною масоює величина, рівна відношеннюреальної маси атома конкретного хімічного елемента до 1/12 реальної маси атома вуглецю. Це безрозмірна величина, оскільки діляться дві маси.

A r = m ат. / (1/12) m кут.

Однак абсолютна атомна масадорівнює відносної за значенням та має одиницю виміру а.е.м.

Тобто відносна атомна маса показує, у скільки разів маса конкретного атомабільше ніж 1/12 атома вуглецю. Якщо в атома A r = 12, то його маса в 12 разів більша за 1/12 маси атома вуглецю, або, іншими словами, в ньому 12 атомних одиниць маси. Таке може бути лише у самого вуглецю (C). Атом водню (H) A r = 1. Це означає, що його маса дорівнює масі 1/12 частини від маси атома вуглецю. У кисню (O) відносна атомна маса дорівнює 16 а. Це означає, що атом кисню у 16 ​​разів масивніший за 1/12 атома вуглецю, у ньому 16 атомних одиниць маси.

Найлегший елемент – це водень. Його маса приблизно дорівнює 1 а. У найважчих атомів маса наближається до 300 а.

Зазвичай кожному за хімічного елемента його значення абсолютної маси атомів, виражених через а. е. м. округляють.

Значення атомних одиниць маси записані у таблиці Менделєєва.

Для молекул використовується поняття відносної молекулярної маси (M r). Відносна молекулярна маса показує, у скільки разів маса молекули більша за 1/12 маси атома вуглецю. Але оскільки маса молекули дорівнює сумі мас складових її атомів, то відносну молекулярну масу можна знайти, просто склавши відносні маси цих атомів. Наприклад, молекулу води (H 2 O) входять два атоми водню з A r = 1 і один атом кисню з A r = 16. Отже, Mr(Н 2 O) = 18.

Ряд речовин має немолекулярна будованаприклад метали. У разі їх відносну молекулярну масу вважають рівної їх відносної атомної масі.

У хімії важливим є величина, яка називається масова частка хімічного елементау молекулі чи речовині. Вона показує, яка частина відносної молекулярної маси посідає даний елемент. Наприклад, у воді на водень припадає 2 частки (оскільки два атоми), а на кисень 16. Тобто, якщо змішати водень масою 1 кг і кисень масою 8 кг, то вони прореагують без залишку. Масова частка водню дорівнює 2/18 = 1/9, а масова частка кисню 16/18 = 8/9.