Tabla de Contenidos
Atomvekten til et grunnstoff er relatert til dets isotoper. En måte å beregne det på er å bruke verdiene til massene til isotopene og deres relative overflod. For å utføre denne beregningen enkelt er det nødvendig å først forstå hvert av disse forskjellige konseptene.
atomvekt
Atomvekten er også kjent som «gjennomsnittlig atommasse» til et grunnstoff. Det er et gjennomsnitt beregnet ved å multiplisere den relative mengden av isotoper av et gitt grunnstoff med deres atommasser, og deretter legge til produktene deres.
Derfor kan atomvekten uttrykkes på denne måten:
Atomvekt = ∑ (atommasse x relativ mengde)
Hvert element har et unikt antall positivt ladede protoner i kjernen. Imidlertid kan antallet nøytroner variere. Atomer av et grunnstoff med forskjellig antall nøytroner er isotopene til det elementet.
I det periodiske systemet er det 20 grunnstoffer som bare har én naturlig isotop. Andre har mer enn ett og noen elementer har mange. For eksempel har tinn (Sn) 10 naturlig forekommende isotoper.
Nøytroner har samme masse som protoner, og noen isotoper har forskjellige atommasser. Dermed er atomvekten til et grunnstoff i det periodiske systemet et vektet gjennomsnitt (i henhold til relativ overflod) av atommassene til hver isotop. For å uttrykke atomvekten brukes atommasseenheter: u , Da , amu .
Hvordan beregne atomvekten til et grunnstoff: karboneksempel
Gjennomgå det periodiske systemet
For å beregne atomvekten til karbon (C), må vi først identifisere symbolet på det periodiske systemet. Atomvekten er tallet (vanligvis med desimaler) under elementsymbolet. I dette tilfellet er det omtrent 12.01. Som nevnt før er atomvekten et gjennomsnitt av atommassene til de forskjellige isotoper av karbon, derfor kan tallene variere.
Få atomvekten til isotopen
Det neste trinnet i å beregne atomvekten til et enkelt atom eller en isotop av et grunnstoff er å legge til massene til protonene og nøytronene som utgjør kjernen. Verdien som oppnås er kjent som atommassen.
Fortsetter vi med eksemplet med karbon, vet vi at isotopen har 7 nøytroner. Atomnummeret til karbon er 6, og det er lik antall protoner i kjernen. Derfor vil atomvekten til denne karbonisotopen være summen av massene av protoner og nøytroner: 6 + 7 = 13.
Beregn atomvekt
Det tredje trinnet er å oppnå atomvekten, det vil si det vektede gjennomsnittet av atommassene til elementets isotoper. Den gjennomsnittlige vektingsfaktoren er den naturlige forekomsten av hver isotop, i dette tilfellet karbonisotopen.
Vanligvis, når du utfører denne typen beregninger, er en liste over elementets isotoper gitt med deres atommasse og isotopoverflod, uttrykt som en brøkdel eller prosentandel.
Beregningen av atomvekten består i å multiplisere massen til hver isotop med dens overflod og legge til resultatene av disse operasjonene. Hvis isotopoverfloden uttrykkes i prosent, må sluttresultatet deles på 100, eller prosentverdien av hver isotop må konverteres til det tilsvarende desimaluttrykket.
Eksempel:
For eksempel, hvis vi har en prøve av karbonatomer med en sammensetning på 98 % 12 C og 2 % 13 C, må vi utføre følgende trinn:
Første trinn: konverter isotopoverfloden fra prosent til brøk ved å dele hver verdi med 100:
Isotopisk forekomst av 12 C = 0,98
13C isotopisk overflod = 0,02
Siden den totale isotopabundansen må være 1 (dvs. 100%), kan beregningen verifiseres ved å legge til isotopmengdene for hver isotop: 0,98 + 0,02 = 1,00.
Andre trinn: multipliser atommassen til hver isotop med dens isotopoverflod:
0,98 x 12 = 11,76
0,02 x 13 = 0,26
Tredje trinn: legg til verdiene som er oppnådd for å oppnå atomvekten.
11,76 + 0,26 = 12,02 g/mol
Hva er relativ overflod
Isotoper er atomer som har samme antall protoner, men et annet antall nøytroner. De har også forskjellige atommasser. Den relative overfloden av en isotop eller isotopoverflod er prosentandelen av atomer som har en gitt atommasse.
For å vite den relative overfloden må brøkmengden beregnes. Summen av brøkverdiene av overflod må være lik 1.
Anta at vi har et grunnstoff med to isotoper med massene m1 og m2. Siden summen av brøkmengdene må gi en total lik 1, hvis mengden av den første massen er «x» og av den andre er «y», så er x + y = 1. Det vil si den relative mengden av andre er y = 1 – x. Dette kan uttrykkes slik:
Atomvekt = m1. x + m2. og
Atomvekt = m1. x + m2. (1–x)
Atomvekt = m1. x + m2 – m2. x
Atomvekt – m2 = (m1 – m2) . x
x = (Atomvekt – m2) ÷ (m1 – m2)
På denne måten får vi at mengden x er den relative mengde av isotopen med masse m1. Fra denne verdien bestemmer vi den relative overfloden av isotopen med masse m2 vel vitende om at y = 1 – x.
Eksempel for å beregne mengden av en isotop
Anta for eksempel at vi har et grunnstoff hvis atomvekt er 5,2. Dette grunnstoffet har også to isotoper med atommasser på henholdsvis 6 og 5.
Hvis vi introduserer disse verdiene i formelen ovenfor, får vi:
m1. x + m2. y = atomvekt
6 . x + (1 – x) . 5 = 5,2.
6 . x + (1 – x) . 5 = 5,2
6x + 5 – 5x = 5,2
x + 5 = 5,2
x = 5,2 – 5
x = 0,2
Så finner vi og
y = 1 – x
y = 1 – 0,2
y = 0,8
For å vite prosentvis overflod av den første isotopen, multipliser «x» med 100. Resultatet er: 0,2. 100 = 20 %.
Til slutt, for å få prosentvis overflod av den andre isotopen, må vi multiplisere «y» med 100. Dermed får vi: 0,8 . 100 = 80 %.
Eksempel for å beregne atomvekten og forekomsten av en isotop
For bedre å forstå hvordan man beregner atomvekten til et element, la oss se på tilfellet med klor (Cl), som har to naturlige isotoper:
35 Cl: som har en masse på 34,9689 amu.
37 Cl: med en masse på 36,9659 amu.
Så ved å vite atomvekten til klor (Cl), som er 35.453 amu, kan vi også beregne den relative forekomsten av hver isotop. For å gjøre dette bruker vi den forrige ligningen:
Atomvekt = m1. x + m2. (1–x)
Hvis vi antar at x er brøkmengden av 35 Cl, identifiserer vi massen som m1 og den til 37 Cl som m2, vil beregningen være som følger:
x = (35.453 – 36.9659) ÷ (34.9689 – 36.9659)
x = -1,5129 / -1,9970
x = 0,7575
På denne måten oppnår vi at den fraksjonerte overfloden av 35 Cl-isotopen er 0,7575 (dvs. 75,75 %) og den for 37 Cl-isotopen er 0,2425 (dvs. 24,25 %).
Relativ forekomst kan beregnes for grunnstoffer som har to isotoper, basert på atommassene til deres isotoper. Elementer med mer enn to isotoper krever mer komplekse beregninger.
Bibliografi
- Llansana, J. Grunnleggende atlas for fysikk og kjemi. (2010). Spania. Parramon.
- Delgado Ortiz, SE; Solíz Trinta, LN Manual of General Chemistry. (2015). Spania. CreateSpace.
- Patiño, A. Introduksjon til kjemiteknikk: masse- og energibalanser. Bind II. (2000). Mexico. UIA.