Що є одиницею відносної атомної маси. Відносна атомна маса елемента в хімії та історія її визначення

З матеріалів уроку ви дізнаєтеся, що атоми одних хімічних елементів від атомів інших хімічних елементів масою. Вчитель розповість, як хіміки вимірювали масу атомів, які так мало, що їх не побачиш навіть за допомогою електронного мікроскопа.

Тема: Початкові хімічні уявлення

Урок: Відносна атомна маса хімічних елементів

На початку 19 ст. (Через 150 років після робіт Роберта Бойля) англійський вчений Джон Дальтон запропонував спосіб визначення маси атомів хімічних елементів. Розглянемо суть цього.

Дальтон запропонував модель, відповідно до якої молекулу складної речовини входить тільки по одному атому різних хімічних елементів. Наприклад, він вважав, що молекула води складається з 1 атома водню та 1 атома кисню. В склад простих речовинпо Дальтон теж входить тільки один атом хімічного елемента. Тобто. молекула кисню має складатися з одного атома кисню.

І тоді, знаючи масові частки елементів у речовині, легко визначити скільки разів маса атома одного елемента відрізняється від маси атома іншого елемента. Таким чином Дальтон вважав, що масова частка елемента в речовині визначається масою його атома.

Відомо, що масова частка магнію в оксиді магнію дорівнює 60%, а масова частка кисню – 40%. Йдучи шляхом міркувань Дальтона, можна сказати, що маса атома магнію більше маси атома кисню в 1,5 рази (60/40=1,5):

Вчений зазначив, що маса атома водню найменша, т.к. немає складної речовини, в якій масова частка водню була б більшою за масову частку іншого елемента. Тому він запропонував маси атомів елементів порівнювати із масою атома водню. І в такий спосіб обчислив перші значення відносних (щодо атома водню) атомних мас хімічних елементів.

Атомну масу водню було прийнято за одиницю. А значення відносної маси сірки вийшло рівним 17. Але отримані значення були або приблизними, або невірними, т.к. техніка експерименту на той час була далека від досконалості і встановлення Дальтона склад речовини була неправильною.

У 1807 – 1817 pp. шведський хімік Йенс Якоб Берцеліус провів величезне дослідження щодо уточнення відносних атомних мас елементів. Йому вдалося отримати результати, близькі до сучасних.

Значно пізніше робітБерцеліус маси атомів хімічних елементів стали порівнювати з 1/12 маси атома вуглецю (Рис. 2).

Мал. 1. Модель розрахунку відносної атомної маси хімічного елемента

Відносна атомна маса хімічного елемента показує, скільки разів маса атома хімічного елемента більше 1/12 маси атома вуглецю.

Відносна атомна мас позначається А r вона не має одиниць вимірювання, так як показує відношення мас атомів.

Наприклад: А r(S) = 32, тобто. атом сірки в 32 рази важчий за 1/12 маси атома вуглецю.

Абсолютна маса 1/12 атома вуглецю є еталонною одиницею, значення якої обчислено з високою точністюі становить 1,66*10 -24 г або 1,66*10 -27 кг. Ця еталонна маса називається атомною одиницею маси (А.е.м.).

Значення відносних атомних мас хімічних елементів запам'ятовувати не треба, вони наведені у будь-якому підручнику чи довіднику з хімії, а також у періодичній таблиці Д.І. Менделєєва.

При розрахунках значення відносних атомних мас прийнято округляти до цілих.

Винятком є ​​відносна атомна маса хлору – для хлору використовують значення 35,5.

1. Збірник завдань та вправ з хімії: 8-й клас: до підручника П.А. Оржековського та ін. «Хімія, 8 клас»/П.А. Оржековський, Н.А. Тітов, Ф.Ф. Гегелі. - М.: АСТ: Астрель, 2006.

2. Ушакова О.В. Робочий зошит з хімії: 8-й кл.: до підручника П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/О.В. Ушакова, П.І. Беспалов, П.А. Оржеківський; під. ред. проф. П.А. Оржековського - М: АСТ: Астрель: Профіздат, 2006. (с.24-25)

3. Хімія: 8-й клас: навч. для загальнообр. установ/П.А. Оржековський, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (§ 10)

4. Хімія: неорг. хімія: навч. для 8 кл. загальнообр. установ/Г.Є. Рудзітіс, Фюґю Фельдман. - М.: Просвітництво, ВАТ «Московські підручники», 2009. (§ 8,9)

5. Енциклопедія для дітей. Том 17. Хімія/Голов. ред.В.А. Володін, вед. наук. ред. І. Леєнсон. - М.: Аванта +, 2003.

Додаткові веб-ресурси

1. Єдина колекція цифрових освітніх ресурсів ().

2. Електронна версія журналу "Хімія і життя" ().

Домашнє завдання

с.24-25 № 1-7з Робочого зошитаз хімії: 8 кл.: до підручника П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/О.В. Ушакова, П.І. Беспалов, П.А. Оржеківський; під. ред. проф. П.А. Оржековського – М.: АСТ: Астрель: Профіздат, 2006.

Масове число. Масове число це сумарне число протонів і нейтронів в ядрі атома. Воно позначається символом А.

Говорячи про конкретне атомне ядро, зазвичай вживають термін нуклід, а ядерні частки протони і нейтрони-в сукупності називають нуклонами.

Атомний номер.Атомний номер елемента збігається із числом протонів у ядрі його атома. Він позначається символом Z. Атомний номер пов'язаний із масовим числом таким співвідношенням:

де N-число нейтронів у ядрі атома.

Кожен хімічний елемент характеризується певним атомним номером. Інакше кажучи, жодні два елементи що неспроможні мати однаковий атомний номер. Атомний номер дорівнює не тільки числу протонів в ядрі атомів даного елемента, але також дорівнює електронам, що оточують ядро ​​атома. Це тим, що атом загалом є електрично нейтральну частинку. Таким чином, число протонів в ядрі атома дорівнює числу електронів, що оточують ядро. Це твердження не відноситься до іонів, які, зрозуміло, є зарядженими частинками.

Перше експериментальне обґрунтування атомних номерів елементів* отримав у 1913 р. Генрі Мозлі, який працював в Оксфорді. Він бомбардував тверді металеві мішені катодними променями. (У 1909 р. Баркла і Кайї вже показали, що будь-який твердий елемент при бомбардуванні швидким пучком катодних променів випускає рентгенівські промені, характерні для даного елемента.) Мозлі аналізував характеристичне рентгенівське випромінювання, користуючись фотографічною методикою реєстрації. Він виявив, що довжина хвилі характеристичного рентгенівського випромінювання збільшується зі зростанням атомної ваги (маси) металу та показав, що квадратний коріньіз частоти цього рентгенівського випромінювання прямо пропорційний деякому цілому числу, яке він позначив символом Z.

Мозлі встановив, що це число приблизно збігається із половиною значення атомної маси. Він дійшов висновку, що це число-атомний номер елемента є фундаментальною властивістю його атомів. Воно дорівнювало числу протонів в атомі даного елемента. Таким чином, Мозлі пов'язав частоту характеристичного рентгенівського випромінювання з порядковим номеромвипромінюючого елемента (закон Мозлі). Цей закон мав велике значеннядля затвердження періодичного закону хімічних елементів та встановлення фізичного змісту атомного номера елементів.

Дослідження Мозлі дозволило йому передбачити існування трьох недостатніх на той час у періодичної таблиці елементів з атомними номерами 43, 61 і 75. Ці елементи були виявлені пізніше і отримали назви технецій, прометій і реній відповідно.

Символи нуклідів. Масове число нукліду прийнято вказувати у вигляді верхнього індексу, а атомний номер-у виглядінижній індекс зліва від символу елемента. Наприклад, запис 1IC означає, що цей нуклід вуглецю (як і всі інші нукліди вуглецю) має атомний номер 6. Даний конкретний нуклід має масове число 12. Іншому нукліду вуглецю відповідає символ 14C просто як 14C або вуглець-14.

Ізотопи. Ізотопами називаються різні за властивостями атомні різновиди одного елемента. Вони різняться числом нейтронів у тому ядрі. Таким чином, ізотопи одного елемента мають однаковий атомний номер, але є різні масові числа. У табл. 1.1 наведено значення масового числа А, атомного номера Z та числа нейтронів N в ядрі атомів кожного з трьох ізотопів вуглецю.

Таблиця 1.1. Ізотопи вуглецю

Ізотопний вміст елементів. У більшості випадків кожен елемент є сумішшю різних ізотопів. Зміст кожного ізотопу у такій суміші називається ізотопним вмістом. Наприклад, кремній виявляється в сполуках, що зустрічаються в природі, з таким природним ізотопним вмістом: 92,28% 28Si, 4,67% 29Si та 3,05% 30Si. Зауважте, що сумарний ізотопний вміст елемента повинен становити в точності 100%. Відносний ізотопний вміст кожного із зазначених ізотопів становить відповідно 0,9228, 0,0467 та 0,0305. Сума цих чисел становить точно 1,0000.

Атомна одиниця маси (а.е.м.).Нині як стандарт визначення атомної одиниці маси приймається маса нукліду Х|С. Цьому нукліду приписується маса 12,0000 а. Таким чином, атомна одиниця маси дорівнює одній дванадцятій частині маси цього нукліду. Справжнє значення атомної одиниці маси становить 1661 Ю-27 кг. Три фундаментальні частинки, що є складовими частинамиатома, мають такі маси:

маса протона = 1,007277 а. маса нейтрону = 1,008 665 а. маса електрона = 0,000 548 6 а. е. м.

Використовуючи ці значення, можна обчислити ізотопну масу кожного конкретного нукліду. Наприклад, ізотопна маса нукліду 3JCl являє собою суму мас 17 протонів, 18 нейтронів та 17 електронів:

17 (1,007277 а.е.м) + 18 (1,008665 а.е.м.) + + 17 (0,000 548 6 а. о. м.) = 35,289 005 а. е. м.

Однак точні експериментальні дані свідчать про те, що ізотопна маса 37С1 має значення 34,96885 а. е. м. Розбіжність між обчисленим та експериментально знайденим значеннями становить 0,32016 а.о.м. Воно називається дефектом маси; Причина виникнення дефекту маси пояснюється в розд. 1.3.

Атомною масоюназивається сума мас всіх протонів, нейтронів та електронів, з яких складається той чи інший атом чи молекула. У порівнянні з протонами та нейтронами маса електронів дуже мала, тому вона не враховується у розрахунках. Хоча це і некоректно з формальної точки зору, нерідко даний термінвикористовується позначення середньої атомної маси всіх ізотопів елемента. Насправді це відносна атомна маса, звана також атомною вагоюелемент. Атомний вага – це середнє значення атомних мас всіх ізотопів елемента, які у природі. Хіміки повинні розрізняти ці два типи атомної маси під час виконання своєї роботи – неправильне значення атомної маси може, наприклад, призвести до неправильного результату виходу продукту реакції.

Кроки

Знаходження атомної маси за періодичною таблицею елементів

Вивчіть як записується атомна маса.Атомна маса, тобто маса даного атома чи молекули, може бути виражена у стандартних одиницях системи СІ – грамах, кілограмах тощо. Однак у зв'язку з тим, що атомні маси, виражені в цих одиницях, надзвичайно малі, їх часто записують в уніфікованих атомних одиницьах маси, або скорочено а. - Атомні одиниці маси. Одна атомна одиниця маси дорівнює 1/12 маси стандартного ізотопу вуглець-12.

• Атомна одиниця маси характеризує масу одного молячи цього елемента в грамах. Ця величина дуже корисна при практичних розрахунках, оскільки з її допомогою можна легко перевести масу заданої кількості атомів або молекул цієї речовини в молі, і навпаки.

1. Знайдіть атомну масу в періодичній таблиці Менделєєва.У більшості стандартних таблицьМенделєєва містяться атомні маси (атомні ваги) кожного елемента. Як правило, вони наведені у вигляді числа у нижній частині осередку з елементом, під літерами, що позначають хімічний елемент. Зазвичай це ціле число, а десятковий дріб.

   Пам'ятайте, що в періодичній таблиці наведено середні атомні маси елементів.Як було зазначено раніше, відносні атомні маси, вказані для кожного елемента в періодичній системі, є середніми значеннями всіх ізотопів атома. Це середнє значення цінно багатьох практичних цілей: наприклад, воно використовується при розрахунку молярної маси молекул, що складаються з декількох атомів. Однак коли ви маєте справу з окремими атомами, цього значення, як правило, недостатньо.

   • Оскільки середня атомна маса є усередненим значенням для декількох ізотопів, величина, зазначена в таблиці Менделєєва не є точнимзначенням атомної маси будь-якого одиничного атома.
   • Атомні маси окремих атомів необхідно розраховувати з урахуванням точного числа протонів та нейтронів у одиничному атомі.

Розрахунок атомної маси окремого атома

1. Знайдіть атомний номер цього елемента або його ізотопу.Атомний номер – це кількість протонів в атомах елемента, вона ніколи не змінюється. Наприклад, всі атоми водню, причому тількивони мають один протон. Атомний номер натрію дорівнює 11, оскільки в його ядрі одинадцять протонів, тоді як атомний номер кисню становить вісім, тому що в ядрі його вісім протонів. Ви можете знайти атомний номер будь-якого елемента в періодичній таблиці Менделєєва - практично у всіх її стандартних варіантахцей номер вказано над буквеним позначеннямхімічний елемент. Атомний номер завжди є цілим позитивним числом.

   • Припустимо, нас цікавить атом вуглецю. В атомах вуглецю завжди шість протонів, тому ми знаємо, що його атомний номер дорівнює 6. Крім того, ми бачимо, що в періодичній системі у верхній частині осередку з вуглецем (C) знаходиться цифра "6", що вказує на те, що атомний номер вуглецю дорівнює шести.
   • Зауважте, що атомний номер елемента не пов'язаний однозначно з його відносною атомною масою в періодичній системі. Хоча, особливо для елементів у верхній частині таблиці, може здатися, що атомна маса елемента вдвічі більша за його атомний номер, вона ніколи не розраховується множенням атомного номера на два.

2. Знайдіть число нейтронів у ядрі.Кількість нейтронів може бути різним для різних атомів одного й того самого елемента. Коли два атоми одного елемента з однаковою кількістю протонів мають різну кількість нейтронів, є різними ізотопами цього елемента. На відміну від кількості протонів, яка ніколи не змінюється, число нейтронів в атомах певного елемента може часто змінюватися, тому середня атомна маса елемента записується у вигляді десяткового дробу зі значенням між двома сусідніми цілими числами.

   Складіть кількість протонів та нейтронів.Це буде атомною масою даного атома. Не звертайте уваги на кількість електронів, які оточують ядро ​​– їхня сумарна маса надзвичайно мала, тому вони практично не впливають на ваші розрахунки.

Обчислення відносної атомної маси (атомної ваги) елемента

1. Визначте, які ізотопи містяться у зразку.Хіміки часто визначають співвідношення ізотопів у конкретному зразку за допомогою спеціального приладупід назвою мас-спектрометр. Однак під час навчання ці дані будуть надані вам в умовах завдань, контрольних тощо у вигляді значень, взятих із наукової літератури.

   • У нашому випадку припустимо, що ми маємо справу з двома ізотопами: вуглецем-12 та вуглецем-13.

2. Визначте відносний зміст кожного ізотопу у зразку.Для кожного елемента різні ізотопи зустрічаються у різних співвідношеннях. Ці співвідношення майже завжди виражають у відсотках. Деякі ізотопи зустрічаються дуже часто, тоді як інші дуже рідкісні - часом настільки, що їх важко виявити. Ці величини можна визначити за допомогою мас-спектрометрії або знайти у довіднику.

   • Припустимо, що концентрація вуглецю-12 дорівнює 99%, а вуглецю-13 – 1%. Інші ізотопи вуглецю справдііснують, але в кількостях настільки малих, що в даному випадкуними можна знехтувати.

3. Помножте атомну масу кожного ізотопу на його концентрацію у зразку.Помножте атомну масу кожного ізотопу на його відсотковий вміст (виражене у вигляді десяткового дробу). Щоб перевести відсотки в десятковий дрібпросто розділіть їх на 100. Отримані концентрації в сумі завжди повинні давати 1.

   • Наш зразок містить вуглець-12 та вуглець-13. Якщо вуглець-12 становить 99% зразка, а вуглець-13 – 1%, необхідно помножити 12 (атомна маса вуглецю-12) на 0,99 і 13 (атомна маса вуглецю-13) на 0,01.
   • У довідниках даються відсоткові співвідношення, що ґрунтуються на відомих кількостях усіх ізотопів того чи іншого елемента. Більшість підручників з хімії містять цю інформацію у вигляді таблиці наприкінці книги. Для зразка, що вивчається, відносні концентрації ізотопів можна також визначити за допомогою мас-спектрометра.

4. Складіть отримані результати.Підсумуйте результати множення, які ви отримали у попередньому кроці. В результаті цієї операції ви знайдете відносну атомну масу вашого елемента - середнє значення атомних мас ізотопів елемента. Коли розглядається елемент загалом, а чи не конкретний ізотоп даного елемента, використовується саме ця величина.

   • У прикладі 12 x 0,99 = 11,88 для вуглецю-12, і 13 x 0,01 = 0,13 для вуглецю-13. Відносна атомна маса у нашому випадку становить 11,88 + 0,13 = 12,01 .

• Деякі ізотопи менш стабільні за інші: вони розпадаються на атоми елементів з меншою кількістю протонів і нейтронів в ядрі з виділенням частинок, що входять до складу атомного ядра. Такі ізотопи називають радіоактивними.

Що таке "Атомна маса"? Як правильно пишеться це слово. Поняття та трактування.

Атомна масаПоняття про цю величину зазнавало тривалі змінивідповідно до зміни уявлення про атоми. Згідно теорії Дальтона (1803), всі атоми одного і того ж хімічного елемента ідентичні та його атомна маса - це число, що дорівнює відношенню їх маси до маси якогось атома. стандартного елемента. Однак приблизно до 1920 р. стало ясно, що елементи, що зустрічаються в природі, бувають двох типів: одні дійсно представлені ідентичними атомами, а в інших атоми мають однаковий заряд ядра, але різну масу; такі різновиди атомів було названо ізотопами. Визначення Дальтона, таким чином, справедливе лише для елементів першого типу. Атомна маса елемента, представленого кількома ізотопами, є середня величиназ масових чисел всіх його ізотопів, взятих у відсотковому відношенні, що відповідає їх поширеності у природі. У 19 ст. як стандарт щодо атомних мас хіміки використовували водень чи кисень. У 1904 році за стандарт було прийнято 1/16 середньої маси атома природного кисню (киснева одиниця) і відповідна шкала отримала назву хімічної. Мас-спектрографічне визначення атомних мас проводилося на основі 1/16 маси ізотопу 16О, і відповідна шкала називалася фізичною. У 1920-х роках було встановлено, що природний кисень складається із суміші трьох ізотопів: 16О, 17О та 18О. У зв'язку із цим виникли дві проблеми. По-перше, виявилося, що відносна поширеність природних ізотопів кисню трохи варіює, а отже, в основі хімічної шкали лежить величина, яка не є абсолютною константою. По-друге, у фізиків та хіміків виходили різні значеннятаких похідних констант, як молярні обсяги, число Авогадро та ін. Вирішення питання було знайдено в 1961, коли за атомну одиницю маси (а.е.м.) було прийнято 1/12 маси ізотопу вуглецю 12С (вуглецева одиниця). (1 а.е.м., або 1D (дальтон), в СІ-одиницях маси становить 1,66057Ч10-27 кг.) Природний вуглець також складається з двох ізотопів: 12С - 99% і 13С - 1%, але нові величини атомні маси елементів пов'язані тільки з першими з них. В результаті було отримано універсальну таблицю відносних атомних мас. Ізотоп 12С виявився зручним і для фізичних вимірів. МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ Атомну масу можна визначити або фізичними або хімічними методами. Хімічні методивідрізняються тим, що на одному з етапів у них фігурують не самі атоми, які комбінації. Хімічні способи. Згідно з атомною теорією, числа атомів елементів у сполуках ставляться між собою як невеликі цілі числа (закон кратних відносин, відкритий Дальтоном). Тому для з'єднання відомого складуможна визначити масу одного з елементів, знаючи маси всіх інших. У деяких випадках масу з'єднання можна виміряти безпосередньо, але зазвичай її знаходять непрямими методами. Розглянемо обидва ці підходи. Атомну масу Al нещодавно визначили в такий спосіб. Відомі кількості Al були перетворені на нітрат, сульфат або гідроксид і потім прожарені до оксиду алюмінію (Al2O3), кількість якого точно визначали. Зі співвідношення між двома відомими масами та атомними масами алюмінію та кисню (15,9)

Атоми мають дуже маленький розмірі дуже невелику масу. Якщо виражати масу атома якого-небудь хімічного елемента в грамах, це буде число перед яким знаходиться понад двадцять нулів після коми. Тому вимірювати масу атомів у грамах незручно.

Проте, якщо прийняти якусь дуже малу масу за одиницю, всі інші малі маси можна як ставлення до цієї одиниці. Як одиниця виміру маси атома була обрана 1/12 частина маси атома вуглецю.

1/12 частину маси атома вуглецю називають атомною одиницею маси(А. Е. М.).

Відносною атомною масоює величина, що дорівнює відношенню реальної маси атома конкретного хімічного елемента до 1/12 реальної маси атома вуглецю. Це безрозмірна величина, оскільки діляться дві маси.

A r = m ат. / (1/12) m кут.

Однак абсолютна атомна масадорівнює відносної за значенням та має одиницю виміру а.е.м.

Тобто відносна атомна маса показує, у скільки разів маса конкретного атома більша за 1/12 атома вуглецю. Якщо в атома A r = 12, то його маса в 12 разів більша за 1/12 маси атома вуглецю, або, іншими словами, в ньому 12 атомних одиниць маси. Таке може бути лише у самого вуглецю (C). Атом водню (H) A r = 1. Це означає, що його маса дорівнює масі 1/12 частини від маси атома вуглецю. У кисню (O) відносна атомна маса дорівнює 16 а. Це означає, що атом кисню у 16 ​​разів масивніший за 1/12 атома вуглецю, у ньому 16 атомних одиниць маси.

Найлегший елемент – це водень. Його маса приблизно дорівнює 1 а. У найважчих атомів маса наближається до 300 а.

Зазвичай кожному за хімічного елемента його значення абсолютної маси атомів, виражених через а. е. м. округляють.

Значення атомних одиниць маси записані у таблиці Менделєєва.

Для молекул використовується поняття відносною молекулярної маси(M r). Відносна молекулярна маса показує, у скільки разів маса молекули більша за 1/12 маси атома вуглецю. Але оскільки маса молекули дорівнює сумі мас складових її атомів, то відносну молекулярну масу можна знайти, просто склавши відносні масицих атомів. Наприклад, молекулу води (H 2 O) входять два атоми водню з A r = 1 і один атом кисню з A r = 16. Отже, Mr(Н 2 O) = 18.

Ряд речовин має немолекулярну будову, наприклад метали. У разі їх відносну молекулярну масу вважають рівної їх відносної атомної масі.

У хімії важливим є величина, яка називається масова частка хімічного елементау молекулі чи речовині. Вона показує, яка частина відносної молекулярної маси посідає даний елемент. Наприклад, у воді на водень припадає 2 частки (оскільки два атоми), а на кисень 16. Тобто, якщо змішати водень масою 1 кг і кисень масою 8 кг, то вони прореагують без залишку. Масова частка водню дорівнює 2/18 = 1/9, а масова частка кисню 16/18 = 8/9.