3 cách tính khối lượng nguyên tử

2024 Tác giả: Jason Gerald | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-19 22:14

Khối lượng nguyên tử là tổng của tất cả các proton, neutron và electron trong một nguyên tử hoặc phân tử. Khối lượng của một electron rất nhỏ nên có thể bỏ qua và không tính đến. Mặc dù không chính xác về mặt kỹ thuật, thuật ngữ khối lượng nguyên tử cũng thường được dùng để chỉ khối lượng nguyên tử trung bình của tất cả các đồng vị của một nguyên tố. Định nghĩa thứ hai này thực sự là khối lượng nguyên tử tương đối, còn được gọi là trọng lượng nguyên tử một yếu tố. Khối lượng nguyên tử tính đến khối lượng trung bình của các đồng vị trong tự nhiên của cùng một nguyên tố. Các nhà hóa học phải phân biệt giữa hai loại khối lượng nguyên tử này để định hướng công việc của họ - ví dụ, một giá trị khối lượng nguyên tử không chính xác có thể dẫn đến việc tính toán sai kết quả thí nghiệm.

Bươc chân

Phương pháp 1/3: Đọc khối lượng nguyên tử trong bảng tuần hoàn

Bước 1. Nắm được cách biểu diễn khối lượng nguyên tử

Nguyên tử khối là khối lượng của một nguyên tử hoặc phân tử. Khối lượng nguyên tử có thể được biểu thị bằng các đơn vị khối lượng SI tiêu chuẩn - gam, kilôgam, v.v. Tuy nhiên, vì khối lượng nguyên tử rất nhỏ khi được biểu thị bằng các đơn vị này, nên khối lượng nguyên tử thường được biểu thị bằng các đơn vị khối lượng nguyên tử hợp chất (thường được viết tắt là u hoặc amu). Tiêu chuẩn cho một đơn vị khối lượng nguyên tử là 1/12 khối lượng của đồng vị cacbon-12 tiêu chuẩn.

Đơn vị khối lượng nguyên tử biểu thị khối lượng của một mol nguyên tố hoặc phân tử tính bằng gam. Đây là một tính chất rất hữu ích trong tính toán thực tế vì đơn vị này giúp dễ dàng chuyển đổi giữa khối lượng và số mol của các đại lượng nguyên tử hoặc phân tử cùng loại

Bước 2. Tìm khối lượng nguyên tử trong bảng tuần hoàn

Hầu hết các bảng tuần hoàn liệt kê khối lượng nguyên tử tương đối (trọng lượng nguyên tử) của mỗi nguyên tố. Khối lượng này hầu như luôn được liệt kê dưới dạng một số ở cuối lưới nguyên tố trong bảng, bên dưới ký hiệu hóa học đọc một hoặc hai chữ cái. Số này thường được biểu diễn dưới dạng số thập phân thay vì số nguyên.

Lưu ý rằng khối lượng nguyên tử tương đối được liệt kê trong bảng tuần hoàn là giá trị trung bình của các nguyên tố liên quan. Các nguyên tố hóa học có các đồng vị khác nhau - các dạng hóa học có khối lượng khác nhau do phép cộng hoặc trừ một hoặc nhiều nơtron từ hạt nhân nguyên tử. Do đó, khối lượng nguyên tử tương đối được liệt kê trong bảng tuần hoàn có thể được sử dụng làm giá trị trung bình cho các nguyên tử của một nguyên tố cụ thể, nhưng không là khối lượng của một nguyên tử của nguyên tố.
Khối lượng nguyên tử tương đối, chẳng hạn như khối lượng trong bảng tuần hoàn, được sử dụng để tính khối lượng mol nguyên tử và phân tử. Khối lượng nguyên tử, khi được biểu diễn bằng amu như trong bảng tuần hoàn, về mặt kỹ thuật không có đơn vị. Tuy nhiên, nhân khối lượng nguyên tử với 1 g / mol cho chúng ta một đại lượng có thể được sử dụng cho khối lượng mol nguyên tố - khối lượng (tính bằng gam) của một mol nguyên tử của nguyên tố.

Bước 3. Hiểu rằng các giá trị trong bảng tuần hoàn là nguyên tử khối trung bình của một nguyên tố

Như đã giải thích, khối lượng nguyên tử tương đối được liệt kê cho mỗi nguyên tố trong bảng tuần hoàn là giá trị trung bình của tất cả các đồng vị của nguyên tử. Mức trung bình này rất quan trọng đối với nhiều phép tính thực tế - ví dụ, tính khối lượng mol phân tử bao gồm một số nguyên tử. Tuy nhiên, khi làm việc với các nguyên tử riêng lẻ, con số này đôi khi không đủ.

Giá trị trong bảng tuần hoàn không phải là giá trị chính xác cho bất kỳ khối lượng đơn nguyên tử nào vì nó là giá trị trung bình của một số loại đồng vị khác nhau.
Khối lượng nguyên tử của các nguyên tử riêng lẻ phải được tính đến số lượng chính xác của proton và neutron trong một nguyên tử.

Phương pháp 2/3: Tính khối lượng nguyên tử cho các nguyên tử riêng lẻ

Bước 1. Tìm số hiệu nguyên tử của nguyên tố hoặc đồng vị

Số hiệu nguyên tử là số proton trong một nguyên tố và không thay đổi. Ví dụ, tất cả các nguyên tử hydro, và chỉ nguyên tử hydro, có một proton. Natri có số hiệu nguyên tử là 11 vì hạt nhân của nó có 11 proton, trong khi oxy có số nguyên tử là 8 vì hạt nhân của nó có 8 proton. Bạn có thể tìm thấy số nguyên tử của bất kỳ nguyên tố nào trong bảng tuần hoàn - trong hầu hết mọi bảng tuần hoàn tiêu chuẩn. Số nguyên tử là số phía trên ký hiệu hóa học đọc một hoặc hai chữ cái. Số này luôn là một số nguyên dương.

Giả sử chúng ta đang làm việc với các nguyên tử cacbon. Carbon luôn có sáu proton. Vì vậy, chúng ta biết rằng số hiệu nguyên tử của nó là 6. Chúng ta cũng thấy trong bảng tuần hoàn, ô của cacbon (C) có số "6" ở trên cùng, cho thấy rằng số nguyên tử của cacbon là sáu.
Lưu ý rằng số nguyên tử của một nguyên tố không ảnh hưởng trực tiếp đến khối lượng nguyên tử tương đối của nó khi nó được viết trong bảng tuần hoàn. Mặc dù có vẻ như khối lượng nguyên tử của một nguyên tử gấp đôi số nguyên tử của nó (đặc biệt là trong số các nguyên tố ở đầu bảng tuần hoàn), nhưng khối lượng nguyên tử không bao giờ được tính bằng cách nhân số nguyên tử của một nguyên tố với hai.

Bước 2. Tìm số nơtron trong hạt nhân

Số lượng neutron có thể khác nhau đối với các nguyên tử của một nguyên tố cụ thể. Mặc dù hai nguyên tử có cùng số proton và khác số nơtron là cùng một nguyên tố, nhưng chúng là các đồng vị khác nhau của nguyên tố. Không giống như số proton trong một nguyên tố không bao giờ thay đổi, số neutron trong nguyên tử của một nguyên tố nhất định có thể thay đổi, do đó khối lượng nguyên tử trung bình của nguyên tố phải được biểu diễn dưới dạng giá trị thập phân giữa hai số nguyên.

Số lượng neutron có thể được xác định bằng cách xác định đồng vị của một nguyên tố. Ví dụ, carbon-14 là một đồng vị phóng xạ tự nhiên của carbon-12. Bạn sẽ thường thấy các đồng vị được gán một số nhỏ ở trên cùng (chỉ số trên) trước ký hiệu phần tử: ¹⁴C. Số nơtron được tính bằng cách lấy số đồng vị trừ đi số proton: 14 - 6 = 8 nơtron.
Giả sử nguyên tử cacbon mà chúng ta đang làm việc có sáu nơtron (¹²NS). Nó là đồng vị phổ biến nhất của cacbon, chiếm gần 99% tổng số nguyên tử cacbon. Tuy nhiên, khoảng 1% nguyên tử cacbon có 7 nơtron (¹³NS). Các loại nguyên tử cacbon khác, có nhiều hơn hoặc ít hơn 6 hoặc 7 nơtron, số lượng rất ít.

Bước 3. Cộng số lượng proton và neutron

Đây là khối lượng nguyên tử của nguyên tử. Đừng lo lắng về số lượng electron quay quanh hạt nhân - khối lượng tổng hợp quá nhỏ nên trong hầu hết các trường hợp thực tế, khối lượng này sẽ không thực sự ảnh hưởng đến câu trả lời của bạn.

Nguyên tử cacbon của chúng ta có 6 proton + 6 nơtron = 12. Khối lượng nguyên tử của nguyên tử cacbon cụ thể này là 12. Tuy nhiên, nếu nguyên tử là đồng vị của cacbon-13, chúng ta biết rằng nguyên tử có 6 proton + 7 nơtron = trọng lượng nguyên tử trong tổng số 13.
Trọng lượng nguyên tử thực tế của cacbon-13 là 13,003355, và trọng lượng này chính xác hơn vì nó được xác định bằng thực nghiệm.
Khối lượng nguyên tử gần như bằng số lượng đồng vị của một nguyên tố. Đối với các mục đích tính toán cơ bản, số lượng đồng vị bằng khối lượng nguyên tử. Khi xác định bằng thực nghiệm, khối lượng nguyên tử lớn hơn một chút so với số lượng đồng vị do sự đóng góp khối lượng rất nhỏ của các electron.

Phương pháp 3/3: Tính khối lượng nguyên tử tương đối (khối lượng nguyên tử) của một nguyên tố

Bước 1. Xác định các đồng vị có trong mẫu

Các nhà hóa học thường xác định tỷ lệ đồng vị tương đối trong một mẫu bằng cách sử dụng một dụng cụ đặc biệt gọi là khối phổ kế. Tuy nhiên, trong các bài học hóa học dành cho học sinh và sinh viên đại học, thông tin này thường được đưa ra cho các bạn trong các bài kiểm tra ở trường, v.v., dưới dạng điểm đã được xác định trong các tài liệu khoa học.

Đối với mục đích của chúng tôi, giả sử chúng tôi đang làm việc với các đồng vị carbon-12 và carbon-13

Bước 2. Xác định độ giàu tương đối của mỗi đồng vị trong mẫu

Trong một nguyên tố nhất định, các đồng vị khác nhau xảy ra với tỷ lệ khác nhau. Tỷ trọng này hầu như luôn được biểu thị dưới dạng phần trăm. Một số đồng vị có tỷ lệ rất phổ biến, trong khi những đồng vị khác cực kỳ hiếm - đôi khi, hiếm đến mức khó có thể phát hiện được những tỷ lệ này. Thông tin này có thể được xác định thông qua khối phổ hoặc từ các sách tham khảo.

Giả sử độ phong phú của cacbon-12 là 99% và độ phong phú của cacbon-13 là 1%. Các đồng vị cacbon khác có tồn tại, nhưng với số lượng nhỏ đến mức chúng có thể bị bỏ qua trong bài toán ví dụ này

Bước 3. Nhân khối lượng nguyên tử của mỗi đồng vị với tỷ lệ của nó trong mẫu

Nhân khối lượng nguyên tử của mỗi đồng vị với phần trăm khối lượng của nó (viết dưới dạng số thập phân). Để chuyển đổi một phần trăm thành một số thập phân, chỉ cần chia phần trăm cho 100. Số phần trăm đã được chuyển đổi thành một số thập phân sẽ luôn là 1.

Mẫu của chúng tôi chứa carbon-12 và carbon-13. Nếu cacbon-12 chiếm 99% mẫu và cacbon-13 chiếm 1% mẫu, nhân 12 (khối lượng nguyên tử cacbon-12) với 0,99 và 13 (khối lượng nguyên tử cacbon-13) với 0,01.
Sách tham khảo sẽ cung cấp cho bạn tỷ lệ phần trăm dựa trên tất cả các lượng đã biết về đồng vị của một nguyên tố. Hầu hết các sách giáo khoa hóa học bao gồm thông tin này trong một bảng ở cuối sách. Khối phổ kế cũng có thể xác định tỷ lệ của mẫu được kiểm tra.

Bước 4. Cộng kết quả

Cộng các kết quả nhân bạn đã làm ở bước trước. Kết quả của tổng này là khối lượng nguyên tử tương đối của nguyên tố của bạn - trung bình của khối lượng nguyên tử của các đồng vị của nguyên tố của bạn. Khi thảo luận về các nguyên tố nói chung, và không phải các đồng vị cụ thể của nguyên tố, giá trị này được sử dụng.