I tre modi per scoprire il peso atomico

C’è più di un modo per scoprire il peso atomico di un elemento e il metodo che usi dipenderà dalle informazioni che hai. Ma prima di spiegare i metodi, vediamo il significato del peso atomico di un elemento.

La massa atomica è la somma delle masse dei protoni, dei neutroni e degli elettroni in un atomo , e il peso atomico è la massa atomica media in un gruppo di atomi . Gli elettroni hanno una massa molto più piccola di protoni e neutroni, quindi non vengono presi in considerazione nel calcolo e la massa atomica è quindi la somma delle masse di protoni e neutroni. 

Ci sono tre modi per scoprire il peso atomico di un elemento, a seconda delle informazioni che hai. Quale usare? Dipende se stai considerando un singolo atomo di un elemento o un gruppo di atomi dello stesso isotopo dell’elemento, un campione naturale dell’elemento o semplicemente hai bisogno di conoscere il valore standard.

Come scoprire il peso atomico

Il metodo che può essere utilizzato per trovare la massa atomica dipende dal fatto che si consideri un dato isotopo, un campione naturale o un campione contenente una data composizione isotopica.

Cerca il peso atomico sulla tavola periodica degli elementi

Il peso atomico è il numero che si trova frequentemente sotto il simbolo di un elemento ed è la media pesata delle masse atomiche di tutti gli isotopi presenti in natura di quell’elemento.

Ad esempio, se abbiamo bisogno di conoscere il peso atomico del carbonio, prima identifichiamo il suo simbolo, che è C, e poi lo cerchiamo nella tavola periodica. Il peso atomico è il numero decimale che troviamo sotto il simbolo, e in questo caso è circa 12,01. Si noti che, trattandosi di una media delle masse atomiche dei diversi isotopi del carbonio, i dati significativi riportati possono variare.

Il valore del peso atomico riportato su una tavola periodica è in unità di massa atomica, o amu, ma per calcoli o altre applicazioni si usa generalmente il peso atomico in unità di grammi per mole (g/mol); in questo caso il peso atomico del carbonio sarebbe di 12,01 grammi per mole (g/mol).

Somma i protoni e i neutroni di un isotopo

Per calcolare il peso atomico di un singolo atomo o di un isotopo di un elemento bisogna sommare la massa dei protoni e dei neutroni che ne costituiscono il nucleo, anche se in questo caso il termine appropriato è massa atomica, e non peso atomico.

Ad esempio, vediamo come si può determinare il peso atomico di un isotopo del carbonio che ha 7 neutroni. Nella tavola periodica si può vedere che il numero atomico del carbonio è 6, che coincide con il numero di protoni nel suo nucleo; quindi il peso atomico di questo isotopo di carbonio sarà la somma della massa di protoni e neutroni, 6 + 7, o 13.

Calcola la media pesata delle masse atomiche degli isotopi di un elemento

Il peso atomico di un elemento è la media ponderata della massa atomica di tutti gli isotopi dell’elemento; il fattore di ponderazione medio è l’abbondanza naturale di ciascun isotopo. È quindi facile calcolare il peso atomico di un elemento.
Di solito in questi casi viene fornito un elenco degli isotopi dell’elemento con la loro massa atomica e abbondanza isotopica, espressa come frazione o percentuale. La procedura per calcolare il peso atomico consiste nel moltiplicare la massa di ciascun isotopo per la sua abbondanza e sommare il risultato di questa operazione per tutti gli isotopi che si considerano. Se l’abbondanza isotopica è espressa in percentuale, devi dividere il risultato finale per 100, oppure convertire il valore percentuale in una frazione per ogni isotopo.

Ad esempio, se hai un campione di atomi di carbonio composto per il 98% ^{da 12} C e per il 2% ^{da 13} C; Qual è il peso atomico di questo campione?

Per prima cosa devi convertire l’abbondanza isotopica da percentuale a frazione dividendo ogni valore per 100. Quindi l’abbondanza isotopica di ¹² C sarà 0,98 e quella di ¹³ C sarà 0,02 (per verificare il calcolo puoi aggiungere il valore convertito di isotopico abbondanza di ciascun isotopo e il risultato dovrebbe essere 1; in questo caso 0,98 + 0,02 = 1,00).

La massa atomica di ciascun isotopo viene quindi moltiplicata per l’abbondanza isotopica di ciascun isotopo nel campione:

0,98 x 12 = 11,76
0,02 x 13 = 0,26

E il valore finale del peso atomico del carbonio in questo campione si ottiene sommando i due valori ottenuti:

11,76 + 0,26 = 12,02 g/mol

Si può vedere che il peso atomico ottenuto è leggermente superiore al valore trovato nella tavola periodica per l’elemento carbonio. Qual è il motivo di questa differenza? La composizione isotopica del campione considerato è diversa dalla composizione isotopica naturale del carbonio, con una maggiore partecipazione di ¹³ C, in quanto il peso atomico ottenuto è maggiore di quello ricavato dalla tavola periodica, anche tenendo conto che la composizione Natural il carbonio include un isotopo instabile più pesante, come ¹⁴C. Bisogna tener conto che i pesi atomici riportati dalla tavola periodica corrispondono alla crosta terrestre e all’atmosfera, ma la composizione isotopica può essere diversa nel mantello o nel nucleo terrestre, o in altri pianeti e satelliti come Marte e la Luna.

Si può notare che i valori di peso atomico di ciascun elemento riportati dalla tavola periodica variano leggermente perché i valori delle frazioni isotopiche sono costantemente aggiornati. Alcune tavole periodiche moderne includono l’intervallo di variazione dei valori del peso atomico.

Fontana

ME Wieser Pesi atomici degli elementi. Pure Appl. Chem., V.78, pp. 2051, 2006 .