Tabla de Contenidos
Trọng lượng nguyên tử của một nguyên tố có liên quan đến các đồng vị của nó. Một cách để tính toán nó là sử dụng các giá trị khối lượng của các đồng vị và độ phong phú tương đối của chúng. Để thực hiện phép tính này một cách dễ dàng, trước tiên cần phải hiểu từng khái niệm khác nhau này.
trọng lượng nguyên tử
Trọng lượng nguyên tử còn được gọi là “khối lượng nguyên tử trung bình” của một nguyên tố. Nó là giá trị trung bình được tính bằng cách nhân lượng phong phú tương đối của các đồng vị của một nguyên tố nhất định với khối lượng nguyên tử của chúng, sau đó cộng các sản phẩm của chúng.
Do đó, trọng lượng nguyên tử có thể được biểu thị theo cách này:
Trọng lượng nguyên tử = ∑ (khối lượng nguyên tử x độ phong phú tương đối)
Mỗi nguyên tố có một số lượng duy nhất các proton tích điện dương trong hạt nhân của nó. Tuy nhiên, số lượng neutron có thể thay đổi. Các nguyên tử của một nguyên tố có số nơtron khác nhau là đồng vị của nguyên tố đó.
Trong bảng tuần hoàn có 20 nguyên tố chỉ có một đồng vị tự nhiên. Những người khác có nhiều hơn một và một số yếu tố có nhiều. Ví dụ, thiếc (Sn) có 10 đồng vị trong tự nhiên.
Nơtron có cùng khối lượng với proton, và một số đồng vị có khối lượng nguyên tử khác nhau. Do đó, trọng lượng nguyên tử của một nguyên tố trong bảng tuần hoàn là trung bình có trọng số (theo độ phong phú tương đối) của khối lượng nguyên tử của mỗi đồng vị. Để biểu thị trọng lượng nguyên tử, các đơn vị khối lượng nguyên tử được sử dụng: u , Da , amu .
Cách tính trọng lượng nguyên tử của một nguyên tố: ví dụ về cacbon
Xem lại bảng tuần hoàn
Để tính trọng lượng nguyên tử của carbon (C), trước tiên chúng ta phải xác định ký hiệu của nó trên bảng tuần hoàn. Trọng lượng nguyên tử là số (thường có chữ số thập phân) bên dưới ký hiệu nguyên tố. Trong trường hợp này là khoảng 12.01. Như đã đề cập trước đây, trọng lượng nguyên tử là trung bình khối lượng nguyên tử của các đồng vị carbon khác nhau, do đó, các số liệu có thể khác nhau.
Tìm trọng lượng nguyên tử của đồng vị
Bước tiếp theo trong việc tính toán trọng lượng nguyên tử của một nguyên tử đơn lẻ hoặc một đồng vị của một nguyên tố là cộng khối lượng của các proton và neutron tạo nên hạt nhân của nó. Giá trị thu được được gọi là khối lượng nguyên tử.
Tiếp tục với ví dụ về carbon, chúng ta biết rằng đồng vị của nó có 7 neutron. Số nguyên tử của carbon là 6, và nó bằng với số lượng proton trong hạt nhân của nó. Do đó, khối lượng nguyên tử của đồng vị carbon này sẽ bằng tổng khối lượng của proton và neutron: 6 + 7 = 13.
Tính trọng lượng nguyên tử
Bước thứ ba là lấy trọng lượng nguyên tử, nghĩa là trung bình có trọng số của khối lượng nguyên tử của các đồng vị của nguyên tố. Hệ số trọng số trung bình là sự phong phú tự nhiên của mỗi đồng vị, trong trường hợp này là đồng vị carbon.
Thông thường, khi thực hiện các loại tính toán này, một danh sách các đồng vị của nguyên tố được cung cấp cùng với khối lượng nguyên tử và độ phong phú của đồng vị, được biểu thị dưới dạng phân số hoặc phần trăm.
Việc tính toán trọng lượng nguyên tử bao gồm nhân khối lượng của mỗi đồng vị với độ phong phú của nó và cộng kết quả của các phép tính này. Nếu độ phong phú của đồng vị được biểu thị dưới dạng phần trăm, kết quả cuối cùng phải được chia cho 100 hoặc giá trị phần trăm của mỗi đồng vị phải được chuyển đổi thành biểu thức thập phân tương ứng.
Ví dụ:
Ví dụ: nếu chúng ta có một mẫu nguyên tử carbon có thành phần 98% 12 C và 2% 13 C, chúng ta phải thực hiện các bước sau:
Bước đầu tiên: chuyển đổi độ phong phú của đồng vị từ phần trăm thành phân số bằng cách chia từng giá trị cho 100:
Độ phong phú của đồng vị 12 C = 0,98
Độ phong phú đồng vị 13 C = 0,02
Vì tổng độ phong phú của đồng vị phải là 1 (tức là 100%), phép tính có thể được xác minh bằng cách cộng độ phong phú đồng vị của mỗi đồng vị: 0,98 + 0,02 = 1,00.
Bước thứ hai: nhân khối lượng nguyên tử của mỗi đồng vị với độ phong phú đồng vị của nó:
0,98 x 12 = 11,76
0,02 x 13 = 0,26
Bước thứ ba: thêm các giá trị thu được để thu được trọng lượng nguyên tử.
11,76 + 0,26 = 12,02 g/mol
Độ phong phú tương đối là gì
Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số nơtron. Chúng cũng có khối lượng nguyên tử khác nhau. Độ phong phú tương đối của một đồng vị hoặc độ phong phú của đồng vị là tỷ lệ phần trăm của các nguyên tử có khối lượng nguyên tử nhất định.
Để biết độ phong phú tương đối, phải tính độ phong phú phân đoạn. Tổng các giá trị độ phong phú của phân số phải bằng 1.
Giả sử chúng ta có một nguyên tố có hai đồng vị khối lượng m1 và m2 . Vì tổng của các độ nhiều phân số phải cho tổng bằng 1, nên nếu độ nhiều của khối thứ nhất là “x” và của khối thứ hai là “y”, thì x + y = 1. Tức là độ nhiều tương đối của thứ hai là y = 1 – x. Điều này có thể được thể hiện như sau:
Trọng lượng nguyên tử = m1 . x + m2 . Và
Trọng lượng nguyên tử = m1 . x + m2 . (1–x)
Trọng lượng nguyên tử = m1 . x + m2 – m2 . x
Khối lượng nguyên tử – m2 = (m1 – m2) . x
x = (Khối Lượng Nguyên Tử – m2) ÷ (m1 – m2)
Bằng cách này, chúng ta thu được rằng đại lượng x là độ phong phú tương đối của đồng vị có khối lượng m1. Từ giá trị này ta xác định được độ dồi dào tương đối của đồng vị có khối lượng m2 biết rằng y = 1–x.
Ví dụ để tính toán sự phong phú của một đồng vị
Ví dụ, giả sử chúng ta có một nguyên tố có trọng lượng nguyên tử là 5,2. Nguyên tố này cũng có hai đồng vị với khối lượng nguyên tử lần lượt là 6 và 5.
Nếu chúng tôi giới thiệu các giá trị này trong công thức trên, chúng tôi sẽ nhận được:
m1 . x + m2 . y = trọng lượng nguyên tử
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
Sau đó chúng tôi tìm và
y = 1 – x
y = 1 – 0,2
y = 0,8
Để biết phần trăm độ phong phú của đồng vị thứ nhất, hãy nhân “x” với 100. Kết quả là: 0,2. 100 = 20%.
Cuối cùng, để có được phần trăm độ phong phú của đồng vị thứ hai, chúng ta phải nhân “y” với 100. Do đó, chúng ta có được: 0,8 . 100 = 80%.
Ví dụ để tính trọng lượng nguyên tử và độ phong phú của một đồng vị
Để hiểu rõ hơn về cách tính trọng lượng nguyên tử của một nguyên tố, chúng ta hãy xem xét trường hợp của clo (Cl), có hai đồng vị tự nhiên:
35 Cl: có khối lượng 34,9689 amu.
37 Cl: với khối lượng 36,9659 amu.
Vì vậy, khi biết trọng lượng nguyên tử của clo (Cl), là 35,453 amu, chúng ta cũng có thể tính được độ phong phú tương đối của từng đồng vị. Để làm điều này, chúng tôi áp dụng phương trình trước:
Trọng lượng nguyên tử = m1 . x + m2 . (1–x)
Nếu chúng ta giả sử rằng x là hàm lượng phân số của 35 Cl, chúng ta xác định khối lượng của nó là m1 và của 37 Cl là m2, phép tính sẽ như sau:
x = (35,453 – 36,9659) ÷ (34,9689 – 36,9659)
x = -1,5129 / -1,9970
x = 0,7575
Bằng cách này, chúng ta thu được rằng độ phong phú phân số của đồng vị 35 Cl là 0,7575 (tức là 75,75%) và của đồng vị 37 Cl là 0,2425 (tức là 24,25%).
Độ phong phú tương đối có thể được tính cho các nguyên tố có hai đồng vị, dựa trên khối lượng nguyên tử của các đồng vị của chúng. Các nguyên tố có nhiều hơn hai đồng vị đòi hỏi các phép tính phức tạp hơn.
Thư mục
- Llansana, J. Atlas Cơ bản về Vật lý và Hóa học. (2010). Tây ban nha. Parramon.
- Delgado Ortiz, SE; Solíz Trinta, LN Sổ tay Hóa học đại cương. (2015). Tây ban nha. TạoSpace.
- Patiño, A. Giới thiệu về kỹ thuật hóa học: cân bằng khối lượng và năng lượng. Tập II. (2000). Mexico. UIA.
