как узнать относительную атомную массу
Урок 2. Относительная атомная масса химических элементов
В уроке 2 «Относительная атомная масса химических элементов» из курса «Химия для чайников» рассмотрим разные способы выражения массы химических элементов. Напоминаю, что в прошлом уроке «Атомы и химические элементы» мы рассмотрели, кто и когда высказал идею о том, что все вокруг состоит из атомов; также выяснили, что из себя представляет химический элемент и каким образом обозначается.
Чем различаются атомы разных элементов между собой? Вы уже знаете: массой, размерами и строением. На рисунке 30 показаны шаровые модели атомов некоторых химических элементов, конечно, не в реальных размерах, а многократно увеличенные. В действительности атомы настолько малы, что их невозможно рассмотреть даже в самые лучшие оптические микроскопы.
На заметку: В конце XX в. у ученых появились более совершенные микроскопы, позволяющие достигать увеличения в несколько десятков миллионов раз. Они называются туннельными микроскопами. На рисунке 31 показана фотография поверхности кремния. На ней отчетливо видны отдельные атомы, расположенные на поверхности этого вещества.
Размеры и масса атомов
Современная наука обладает методами, позволяющими определять размеры и массы атомов. Так, например, самый легкий атом — атом водорода. Его масса равна 0,0000000000000000000000000016735 кг. Самым маленьким является атом гелия He. Диаметр этого атома равен приблизительно 0,00000000098 м. Записывать и читать такие числа затруднительно, поэтому обычно их представляют в более удобном виде: 1,6735·10 −27 кг и 9,8·10 −10 м. Атомы большинства химических элементов по своим размерам значительно больше атома гелия. Самый большой из них — атом элемента франция Fr. Его диаметр в 7 раз больше диаметра атома гелия (рис. 32).
Еще больше различаются атомы разных элементов по массе. Масса атома обозначается символом ma и выражается в единицах массы СИ (кг). Так, например, масса атома углерода равна: ma(С) = 19,94·10 −27 кг, а атома кислорода — ma(О) = 26,56·10 −27 кг. Масса атома самого тяжелого из существующих на Земле элементов — урана U — почти в 237 раз больше массы атома водорода.
Атомная единица массы
Пользоваться такими маленькими величинами масс атомов при расчетах неудобно. К тому же, когда в XIX в. начало формироваться атомно- молекулярное учение, ученые еще не представляли реальных размеров и масс атомов. Поэтому на практике вместо истинных масс атомов стали применять их относительные значения. Они рассчитывались по массовым отношениям простых веществ в реакциях друг с другом. Химики предположили, что эти отношения пропорциональны массам соответствующих атомов. Именно так в начале XIX в. Дж. Дальтон ввел понятие относительной атомной массы, приняв за единицу сравнения массу самого легкого атома — водорода.
В настоящее время в качестве такой единицы сравнения используется 1/12 часть массы атома углерода (рис. 33). Она получила название атомной единицы массы (а. е. м.). Ее международное обозначение — u (от английского слова «unit» — единица): 
Атомная единица массы — это 1/12 часть массы атома углерода, которая равна 1,66·10 −27 кг.
Относительная атомная масса
Сравнивая средние массы атомов различных элементов с атомной единицей массы, получают значения относительных атомных масс химических элементов.
Относительная атомная масса элемента — это физическая величина, которая показывает, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше 1/12 части массы атома углерода.
Относительная атомная масса обозначается символами Ar ( А — первая буква английского слова «atomic» —атомный, r — первая буква английского слова «relative», что значит относительный), следовательно:
где Х — символ данного элемента.
Например, относительная атомная масса водорода:
В таблице Менделеева приведены относительные атомные массы всех элементов. В расчетах при решении задач мы будем пользоваться округленными до целых значениями этих величин (см. урок 1).
Внимание! Очень часто относительную атомную массу называют просто атомной массой. Однако следует отличать атомную массу — величину относительную (например, Ar(О) = 16) — от массы атома — величины, выражаемой в единицах массы — килограммах ( ma(O) = 26,56·10 −27 кг) или атомных единицах массы ( ma(O) = 16· u ).
Пример. Во сколько раз атом ртути тяжелее атома кальция?
Решение. Относительные атомные массы элементов равны: Ar(Hg) = 201 и Ar(Ca) = 40.
Масса атома ртути равна: ma(Hg) = Ar(Hg)·u (кг).
Масса атома кальция равна: ma(Са) = Ar(Са)·u (кг).
Другими словами, отношение масс атомов этих элементов равно отношению их относительных атомных масс. Следовательно, отношение масс атомов ртути и кальция равно:
Ответ: в 5,03 раза.
Краткие выводы урока:
Надеюсь урок 2 «Относительная атомная масса химических элементов» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Как узнать относительную атомную массу
Ключевые слова конспекта: атомная единица массы, относительная атомная масса химических элементов, относительная молекулярная масса.
Атомная единица массы — это 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.
Обратите внимание! На Земле встречаются три разновидности атомов углерода, различающиеся только массой. Такие разновидности атомов одного и того же элемента называют изотопами. В данном случае речь идёт о разновидности, масса атомов которой в атомных единицах массы равна 12.
Разделив массу атома какого-либо химического элемента на 1/12 массы атома углерода, получают величину, которую называют относительной атомной массой и обозначают Аr (А — от слова «атом», r — от латинского слова relativus — относительный).
Например, относительную атомную массу водорода и кислорода вычисляют следующим образом:
Относительная атомная масса элемента (Аr) показывает, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а. е. м.
Так как первую таблицу относительных атомных масс ряда элементов составил английский учёный Джон Дальтон в 1803 г, то в память о его трудах химики иногда называют атомную единицу массы дальтоном (сокращённо Da). Значение относительной атомной массы каждого химического элемента приведено в периодической таблице Д. И. Менделеева. На практике эти значения обычно округляют до целых чисел.
Относительная молекулярная масса
Массу молекул, так же как массу атомов, принято выражать в атомных единицах массы. Разделив массу молекулы какого-либо вещества на 1/12 массы атома углерода, получают величину, которую называют относительной молекулярной массой вещества.
Относительная молекулярная масса вещества показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.
Относительная молекулярная масса Мr — безразмерная величина. Она складывается из относительных атомных масс элементов, составляющих молекулу, например:
Конец конспекта «Относительная атомная масса. Относительная молекулярная масса».
Формула атомной массы
Определение и формула атомной массы
Массы атомов и молекул очень малы, поэтому в качестве единицы измерения удобно выбрать массу одного из атомов и выражать массы остальных атомов относительно нее. Именно так и поступал основоположник атомной теории Дальтон, который составил таблицу атомных масс, приняв массу атома водорода за единицу.
До 1961 года в физике за атомную единицу массы (а.е.м. сокращенно) принимали 1/16 массы атома кислорода 16 О, а в химии – 1/16 средней атомной массы природного кислорода, который является смесью трех изотопов. Химическая единица массы была на 0,03% больше, чем физическая.
В настоящее время за в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной единицы атомной массы выбрана 1/12 часть массы атома углерода 12 С.
При расчете относительной атомной массы учитывается распространенность изотопов элементов в земной коре. Например, хлор имеет два изотопа 35 Сl (75,5%) и 37 Сl (24,5%).Относительная атомная масса хлора равна:
Ar(Cl) = (0,755×m( 35 Сl) + 0,245×m( 37 Сl)) / (1/12×m( 12 С) = 35,5.
Из определения относительной атомной массы следует, что средняя абсолютная масса атома равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.:
Примеры решения задач
| Задание | В каком из указанных веществ массовая доля элемента кислорода больше: а) в оксиде цинка (ZnO); б) в оксиде магния (MgO)? |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле: |
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.
Рассчитаем массовую долю каждого элемента кислорода в каждом из предложенных соединений (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева округлим до целых чисел).
Найдем молекулярную массу оксида цинка:
Известно, что M = Mr, значит M(ZnO) = 81 г/моль. Тогда массовая доля кислорода в оксиде цинка будет равна:
ω (O) = Ar (O) / M (ZnO) × 100%;
ω (O) = 16 / 81 × 100% = 19,75%.
Найдем молекулярную массу оксида магния:
Известно, что M = Mr, значит M(MgO) = 60 г/моль. Тогда массовая доля кислорода в оксиде магния будет равна:
ω (O) = Ar (O) / M (MgO) × 100%;
ω (O) = 16 / 40 × 100% = 40%.
Таким образом, массовая доля кислорода больше в оксиде магния, поскольку 40 > 19,75.
| Задание | В каком из указанных соединений массовая доля металла больше: а) в оксиде алюминия (Al2O3); б) в оксиде железа (Fe2O3)? |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле: |
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.
Рассчитаем массовую долю каждого элемента кислорода в каждом из предложенных соединений (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева округлим до целых чисел).
Найдем молекулярную массу оксида алюминия:
Mr (Al2O3) = 2×27 + 3×16 = 54 + 48 = 102.
Известно, что M = Mr, значит M(Al2O3) = 102 г/моль. Тогда массовая доля алюминия в оксиде будет равна:
ω (Al) = 2×27 / 102 × 100% = 54 / 102 × 100% = 52,94%.
Найдем молекулярную массу оксида железа (III):
Mr (Fe2O3) = 2×56+ 3×16 = 112 + 48 = 160.
Известно, что M = Mr, значит M(Fe2O3) = 160 г/моль. Тогда массовая доля железа в оксиде будет равна:
ω (O) = 3×16 / 160 × 100% = 48 / 160× 100% = 30%.
Таким образом, массовая доля металла больше в оксиде алюминия, поскольку 52,94 > 30.
Копирование материалов с сайта возможно только с разрешения
администрации портала и при наличие активной ссылки на источник.
Относительная атомная масса
Относительная атомная масса – это масса атома, выраженная в атомных единицах массы (а. е. м.). Относительную атомную массу принято абозначать как Ar. Большинство природных химических элементов представляют собой смесь изотопов, поэтому за относительную атомную массу элемента принимают среднее значение относительной атомной массы природной смеси его изотопов с учетом их содержания в земных условиях. Именно эти значения и приведены в Периодической системе. Например, кислород имеет три изотопа 16 О, 17 О и 18 О, их атомные массы и содержание в природной смеси приведены в таблице 1.
| Изотоп | Содержание в природной смеси, атомн., % ni | Атомная масса изотопа (а.е.м), Ar,i |
| 16 О | 99,759 | 15,995 |
| 17 О | 0,037 | 16,999 |
| 18 О | 0,204 | 17,999 |
Среднее значение атомной массы с учетом вклада каждого изотопа вычисляется по следующей формуле:
Ar = Σ Ar,i × ni, где Ar,i – атомные массы соответствующих изотопов, ni – содержание их в природной смеси (в мольных долях).
Подставляя в эту формулу соответствующие значения из таблицы 1 для атомной массы кислорода, получаем:
Ar = 15,995×0,99759+ 16,999×0,00037 + 17,999×0,0024 = 15,999 а.е.м.
Обратите внимание, что атомная масса и массовое число – совершенно различные понятия: первое – масса атома в а.е.м., а второе – число нуклонов в ядре. Атомная масса – дробная величина (имеет целое значение только для изотопа 12 С), в отличие от массового числа, которое всегда является целым.
Численно эти величины очень близки. Например, для водорода атомная масса равна 1,0078, а массовое число равно 1, для гелия атомная масса равна 4,0026, а массовое число – 4.
Относительные атомные массы имеют дробные значения по следующим причинам:
При образовании любой связи всегда выделяется энергия, на что расходуется часть массы связывающихся частиц. В случае образования химических связей эта величина очень мала, поэтому изменением массы здесь пренебрегают и считают, что масса образовавшейся частицы равна сумме масс частиц, участвующих в ее образовании. При образовании же ядра, выделяется очень большая энергия, и дефект массы хорошо заметен.
Относительная атомная и молекулярная массы
Понятия
Для осознания, что такое относительная атомная масса в химии, следует понимать, что абсолютная масса атома слишком мала, чтобы выражать её в граммах, а тем более в килограммах. Поэтому в современной химии за атомную единицу массы (а. е. м.) взята 1/12 часть массы углерода. Относительная атомная масса равна отношению абсолютной массы к 1/12 абсолютной массы углерода. Другими словами относительная масса отражает, во сколько раз масса атома конкретного вещества превышает 1/12 массы атома углерода. Например, относительная масса азота – 14, т.е. атом азота содержит 14 а. е. м. или в 14 раз больше, чем 1/12 часть атома углерода.
Рис. 1. Атомы и молекулы.
Среди всех элементов водород самый лёгкий, его масса равна 1 единице. Самые тяжёлые атомы имеют массу в 300 а. е. м.
Молекулярная масса – значение, показывающее, во сколько раз масса молекулы превышает 1/12 часть массы углерода. Также выражается в а. е. м. Масса молекулы складывается из массы атомов, поэтому для вычисления относительной молекулярной массы необходимо сложить значения масс атомов вещества. Например, относительная молекулярная масса воды равна 18. Это значение складывается из относительных атомных масс двух атомов водорода (2) и одного атома кислорода (16).
Рис. 2. Углерод в периодической таблице.
Как видно, эти два понятия имеют несколько общих характеристик:
Как рассчитать
Чтобы выразить относительную атомную массу математически, следует определить, что 1/2 часть углерода или одна атомная единица массы равна 1,66⋅10 −24 г. Следовательно, формула относительной атомной массы имеет следующий вид:
где ma – абсолютная атомная масса вещества.
Относительная атомная масса химических элементов указана в периодической таблице Менделеева, поэтому её не нужно рассчитывать самостоятельно при решении задач. Относительные атомные массы принято округлять до целых. Исключение составляет хлор. Масса его атомов равна 35,5.
Следует обратить внимание, что при расчёте относительной атомной массы элементов, имеющих изотопы, учитывается их среднее значение. Атомная масса в этом случае высчитывается следующим образом:
где Ar,i – относительная атомная масса изотопов, ni – содержание изотопов в природных смесях.
Например, кислород имеет три изотопа – 16 О, 17 О, 18 О. Их относительная масса равна 15,995, 16,999, 17,999, а их содержание в природных смесях – 99,759 %, 0,037 %, 0,204 % соответственно. Поделив проценты на 100 и подставив значения, получим:
Обратившись к периодической таблице, легко найти это значение в клетке кислорода.
Рис. 3. Таблица Менделеева.
Относительная молекулярная масса – сумма масс атомов вещества:
При определении значения относительной молекулярной массы учитываются индексы символов. Например, вычисление массы H2CO3 выглядит следующим образом:
Зная относительную молекулярную массу, можно вычислить относительную плотность одного газа по второму, т.е. определить, во сколько раз одно газообразное вещество тяжелее второго. Для этого используется уравнение D(y)x = Mr(х) / Mr(y).
Что мы узнали?
Из урока 8 класса узнали об относительной атомной и молекулярной массе. За единицу относительной атомной массы принята 1/12 часть массы углерода, равная 1,66⋅10 −24 г. Для вычисления массы необходимо абсолютную атомную массу вещества разделить на атомную единицу массы (а. е. м.). Значение относительной атомной массы указано в периодической системе Менделеева в каждой клетке элемента. Молекулярная масса вещества складывается из суммы относительных атомных масс элементов.