วิธีหามวลอะตอมเฉลี่ย: 8 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: Jason Gerald | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-19 22:14

มวลอะตอมเฉลี่ยไม่ใช่การวัดโดยตรงของอะตอมเดี่ยว มวลนี้คือมวลเฉลี่ยต่ออะตอมของตัวอย่างทั่วไปของธาตุใดธาตุหนึ่ง หากคุณสามารถคำนวณมวลของหนึ่งในพันล้านของอะตอมได้ คุณก็คำนวณค่านี้ได้ในลักษณะเดียวกับที่คุณคำนวณหาค่าเฉลี่ยอื่นๆ โชคดีที่มีวิธีที่ง่ายกว่าในการคำนวณมวลอะตอม ซึ่งอาศัยข้อมูลที่ทราบจากความหายากของไอโซโทปที่แตกต่างกัน

ขั้นตอน

ส่วนที่ 1 จาก 2: การคำนวณมวลอะตอมเฉลี่ย

ขั้นตอนที่ 1 ทำความเข้าใจไอโซโทปและมวลอะตอม

ธาตุส่วนใหญ่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในหลายรูปแบบ เรียกว่าไอโซโทป จำนวนมวลของไอโซโทปแต่ละตัวคือจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส โปรตอนและนิวตรอนแต่ละตัวมีน้ำหนัก 1 หน่วยมวลอะตอม (amu) ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างสองไอโซโทปของธาตุคือจำนวนนิวตรอนต่ออะตอม ซึ่งส่งผลต่อมวลอะตอม อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบมีจำนวนโปรตอนเท่ากันเสมอ

มวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุได้รับผลกระทบจากการแปรผันของจำนวนนิวตรอน และแสดงถึงมวลเฉลี่ยต่ออะตอมในตัวอย่างทั่วไปของธาตุ
ตัวอย่างเช่น ธาตุเงิน (Ag) มี 2 ไอโซโทปที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ได้แก่ Ag-107 และ Ag-109 (หรือ) ¹⁰⁷Ag และ ¹⁰⁹อ.ก) ไอโซโทปตั้งชื่อตาม "เลขมวล" หรือจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในอะตอม ซึ่งหมายความว่า Ag-109 มีนิวตรอนมากกว่า Ag-107 2 ตัว ดังนั้นมวลของมันจึงใหญ่กว่าเล็กน้อย

ขั้นตอนที่ 2 สังเกตมวลของไอโซโทปแต่ละตัว

คุณต้องการข้อมูล 2 ประเภทสำหรับไอโซโทปแต่ละชนิด คุณสามารถค้นหาข้อมูลนี้ได้ในตำราเรียนหรือแหล่งข้อมูลทางอินเทอร์เน็ต เช่น webelements.com ข้อมูลแรกคือมวลอะตอมหรือมวลของอะตอมหนึ่งอะตอมของไอโซโทปแต่ละชนิด ไอโซโทปที่มีนิวตรอนมากกว่าจะมีมวลมากกว่า

ตัวอย่างเช่น ไอโซโทปเงิน Ag-107 มีมวลอะตอมเท่ากับ 106, 90509 ม.ปลาย (หน่วยมวลอะตอม). ในขณะเดียวกัน ไอโซโทป Ag-109 มีมวลที่ใหญ่กว่าเล็กน้อย กล่าวคือ 108, 90470.
ทศนิยมสองตำแหน่งสุดท้ายอาจแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างแหล่งที่มา อย่าใส่ตัวเลขใดๆ ในวงเล็บหลังมวลอะตอม

ขั้นตอนที่ 3 เขียนความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปแต่ละตัว

ความอุดมสมบูรณ์นี้บ่งชี้ว่าไอโซโทปทั่วไปเป็นอย่างไรในแง่ของเปอร์เซ็นต์ของอะตอมทั้งหมดที่ประกอบเป็นธาตุ ไอโซโทปแต่ละไอโซโทปเป็นสัดส่วนกับความอุดมสมบูรณ์ของธาตุ (ยิ่งไอโซโทปมีมากเท่าไร มวลอะตอมเฉลี่ยก็ยิ่งมีผลมากขึ้นเท่านั้น) คุณสามารถค้นหาข้อมูลนี้ได้ในแหล่งเดียวกับมวลอะตอม ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปทั้งหมดควรเป็น 100% (แม้ว่าอาจมีข้อผิดพลาดเล็กน้อยเนื่องจากข้อผิดพลาดในการปัดเศษ)

ไอโซโทป Ag-107 มีความอุดมสมบูรณ์ 51.86% ในขณะที่ Ag-109 พบน้อยกว่าเล็กน้อยโดยมีความอุดมสมบูรณ์ 48.14% ซึ่งหมายความว่า ตัวอย่างเงินทั่วไปประกอบด้วย 51.86% Ag-107 และ 48.14% Ag-109
ละเว้นไอโซโทปที่ไม่มีความอุดมสมบูรณ์ ไอโซโทปเช่นนี้ไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนโลก

ขั้นตอนที่ 4 แปลงเปอร์เซ็นต์ความอุดมสมบูรณ์เป็นเลขฐานสิบ

หารเปอร์เซ็นต์ความอุดมสมบูรณ์ด้วย 100 เพื่อให้ได้ค่าเดียวกันในเลขฐานสิบ

ในปัญหาเดียวกันจำนวนความอุดมสมบูรณ์คือ 51.86/100 = 0, 5186 และ 48, 14/100 = 0, 4814.

ขั้นตอนที่ 5. หามวลอะตอมเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของไอโซโทปเสถียร

มวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุที่มีจำนวนไอโซโทป n เท่ากับ (มวล_{ไอโซโทป 1} * ความอุดมสมบูรณ์_{ไอโซโทป 1}) + (มวล_{ไอโซโทป 2} * ความอุดมสมบูรณ์_{ไอโซโทป 2}) + … + (มวล_{n ไอโซโทป} * ความอุดมสมบูรณ์_{n ไอโซโทป} . นี่คือตัวอย่างของ "ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก" ซึ่งหมายความว่า ยิ่งพบมวลมาก (ความอุดมสมบูรณ์มากขึ้น) ก็ยิ่งส่งผลต่อผลลัพธ์มากขึ้น ต่อไปนี้คือวิธีใช้สูตรด้านบนกับเงิน:

มวลอะตอมเฉลี่ย_Ag = (มวล_ส.ค.-107 * ความอุดมสมบูรณ์_ส.ค.-107) + (มวล_Ag-109 * ความอุดมสมบูรณ์_Ag-109)

=(106, 90509 * 0, 5186) + (108, 90470 * 0, 4814)

= 55, 4410 + 52, 4267

= 107, 8677 โรงเรียนมัธยม
ดูองค์ประกอบในตารางธาตุเพื่อตรวจสอบคำตอบของคุณ มวลอะตอมเฉลี่ยมักจะแสดงอยู่ใต้สัญลักษณ์ธาตุ

ส่วนที่ 2 จาก 2: การใช้ผลการคำนวณ

ขั้นตอนที่ 1 แปลงมวลเป็นเลขอะตอม

มวลอะตอมเฉลี่ยแสดงความสัมพันธ์ระหว่างมวลกับเลขอะตอมในตัวอย่างทั่วไปของธาตุ สิ่งนี้มีประโยชน์ในห้องปฏิบัติการเคมี เนื่องจากการคำนวณเลขอะตอมโดยตรงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย แต่การคำนวณมวลของเลขอะตอมนั้นค่อนข้างง่าย ตัวอย่างเช่น คุณอาจชั่งน้ำหนักตัวอย่างเงิน และประมาณว่าทุกๆ 107.8677 อะตอมของมวลของมันจะมีอะตอมของเงินอยู่ 1 อะตอม

ขั้นตอนที่ 2 แปลงเป็นมวลโมลาร์

หน่วยมวลอะตอมมีขนาดเล็กมาก ดังนั้น นักเคมีมักจะชั่งน้ำหนักตัวอย่างเป็นกรัม โชคดีที่มีการกำหนดแนวคิดนี้เพื่อให้การแปลงง่ายขึ้น เพียงคูณมวลอะตอมเฉลี่ยด้วย 1 ก./โมล (ค่าคงที่มวลโมลาร์) เพื่อให้ได้คำตอบเป็นกรัม/โมล ตัวอย่างเช่น เงิน 107.8677 กรัมมีอะตอมของเงินเฉลี่ย 1 โมล

ขั้นตอนที่ 3 หามวลโมเลกุลเฉลี่ย

เนื่องจากโมเลกุลคือชุดของอะตอม คุณจึงสามารถบวกมวลของอะตอมเพื่อคำนวณมวลโมเลกุลได้ หากคุณใช้มวลอะตอมเฉลี่ย (ไม่ใช่มวลของไอโซโทปจำเพาะ) ผลที่ได้คือมวลเฉลี่ยของโมเลกุลที่พบตามธรรมชาติในตัวอย่าง ตัวอย่าง:

โมเลกุลของน้ำมีสูตรเคมี H₂O ดังนั้น มันจึงประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอม (H) และออกซิเจน 1 อะตอม (O)
ไฮโดรเจนมีมวลอะตอมเฉลี่ย 1.00794 amu ในขณะเดียวกัน อะตอมออกซิเจนมีมวลเฉลี่ย 15,9994 amu
มวลโมเลกุล H₂ค่าเฉลี่ย O เท่ากับ (1.00794)(2) + 15.9994 = 18.01528 amu เท่ากับ 18.01528 g/mol

เคล็ดลับ

คำว่ามวลอะตอมสัมพัทธ์บางครั้งใช้เป็นคำพ้องความหมายสำหรับมวลอะตอมเฉลี่ย อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างทั้งสองเนื่องจากมวลอะตอมสัมพัทธ์ไม่มีหน่วย แต่แสดงถึงมวลที่สัมพันธ์กับอะตอมของคาร์บอน C-12 หากคุณใช้หน่วยมวลอะตอมในการคำนวณมวลเฉลี่ย ค่าทั้งสองนี้จะเหมือนกันทุกประการ
ด้วยข้อยกเว้นพิเศษบางประการ องค์ประกอบทางด้านขวาของตารางธาตุจะมีมวลเฉลี่ยมากกว่าองค์ประกอบทางด้านซ้าย นี่เป็นวิธีง่ายๆ ในการตรวจสอบว่าคำตอบของคุณสมเหตุสมผลหรือไม่
1 หน่วยมวลอะตอมถูกกำหนดให้เป็น 1/12 มวลของอะตอมคาร์บอน C-12 หนึ่งอะตอม
ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปคำนวณจากตัวอย่างที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนโลก สารประกอบที่ผิดปกติ เช่น อุกกาบาตหรือตัวอย่างในห้องปฏิบัติการ อาจมีอัตราส่วนไอโซโทปที่แตกต่างกัน และเป็นผลให้มวลอะตอมเฉลี่ยต่างกัน
ตัวเลขในวงเล็บหลังมวลอะตอมแสดงถึงความไม่แน่นอนของหลักสุดท้าย ตัวอย่างเช่น มวลอะตอมที่ 1.0173 (4) หมายความว่าตัวอย่างอะตอมทั่วไปมีมวลอยู่ในช่วง 1.0173 ± 0.0004 คุณไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเลขนี้เว้นแต่จะมีการร้องขอในปัญหา
ใช้มวลอะตอมเฉลี่ยในการคำนวณมวลที่เกี่ยวข้องกับธาตุและสารประกอบ