Kako določimo maso atoma, če ga ne moremo stehtati z običajnimi tehtnicami?
Pri kemiji uporabljamo relativno atomsko maso, ki primerja maso posameznega elementa z eno dvanajstino mase izotopa ogljik-12. Ta metoda omogoča natančno delo s kemijskimi enačbami in formulami brez merjenja mase atomov.
V spletnem učbeniku boste izvedeli, kako izračunati relativno atomsko maso, kakšen pomen ima pri tem masa izotopa in kako se razlikuje od atomske mase. Poleg tega bomo na praktičnih primerih prikazali njeno uporabo pri reševanju kemijskih nalog. Več boste izvedeli tudi o zgodovini atomske mase in njegovi vlogi v sodobni kemiji.
Relativna atomska masa–znanje na hitro
Se vam mudi? Brez skrbi. Na kratko smo povzeli, kaj je (relativna) atomska masa in kako se izračuna relativna atomska masa:
🟠 Relativna atomska masa (Ar) je vrednost, ki pove, kolikokrat je povprečna masa atomov nekega elementa večja od ene dvanajstine mase atoma ogljikovega izotopa 12C.
🟠 Relativna atomska masa se izračuna na podlagi mas izotopov in deleža posameznih izotopov v naravi.
🟠 Formula za izračun $A_r$ je: $A_r = \sum (\text{Masa izotopa} \cdot \text{Delež izotopa})$
🟠 Pri nekaterih elementih, kot je fluor, je relativna atomska masa enaka in stalna, pri drugih, na primer pri kloru, pa variira zaradi različnih izotopov.
🟠 Relativna atomska masa je bistvena pri izračunu relativne molekulske mase, določanju molske mase in natančnem urejanju kemijskih enačb.
Kaj je relativna atomska masa
Relativna atomska masa ($A_r$) nam pove, kolikokrat je masa atoma določenega elementa večja od ene dvanajstine mase atoma ogljika-12. Ta vrednost nima enot, saj temelji na primerjavi mas. Izbira ogljika-12 kot referenčne vrednosti kemikom omogoča, da imajo dosledne in primerljive rezultate pri izračunih za elemente in spojine.
Kako določimo relativno atomsko maso
Relativna atomska masa ($A_r$) se izračuna kot tehtano povprečje mas vseh izotopov elementa. Pri tem se upošteva naravni delež vsakega izotopa.
Na primer, $A_r$ ogljika je približno 12,01, ker zajema povprečje mase izotopov ogljika-12 in ogljika-13 glede na njuno naravno razporeditev. To omogoča lažje določanje molskih mas, izračun relativnih molekulskih mas in natančno urejanje kemijskih enačb.
Razlika med relativno atomsko maso, atomsko maso in maso izotopa
Čeprav so si izrazi relativna atomska masa, atomska masa in masa izotopa podobni, pomenijo različne stvari.
Atomska masa predstavlja povprečno maso elementa, izračunano na podlagi naravno prisotnih izotopov, pri čemer se upoštevajo tudi njihovi deleži. Ta vrednost temelji na analizi vzorcev iz zemeljske skorje, zraka in oceanov.
Masa izotopa označuje maso posameznega izotopa elementa, ki se primerja z eno dvanajstino mase atoma ogljika-12. Naravni deleži izotopov pri tem niso zajeti.
Relativna atomska masa združuje obe omenjeni vrednosti – maso izotopov in njihove naravne deleže – kar je bistveno pri večini kemijskih izračunov.
Primerjava izrazov
| Izraz | Definicija | Primer |
| Relativna atomska masa ($A_r$) | Tehtano povprečje mas izotopov elementa glede na $1/12$ mase ogljika-12. | $A_r(\text{C}) = 12,01$ |
| Atomska masa | Povprečna masa elementa, določena na podlagi vzorcev iz narave. | Atomska masa klora = 35,45 |
| Masa izotopa | Masa posameznega izotopa glede na $1/12$ mase ogljika-12. | $^{12}\text{C} = 12,000$ |
Če razumete te razlike, boste lažje uporabljali podatke iz periodnega sistema in računali relativno atomsko maso pri kemijskih nalogah.
Kako izračunati relativno atomsko maso
Relativna atomska masa ($A_r$) se določi z upoštevanjem mas izotopov in njihovih deležev v naravi. Gre za tehtano povprečje vseh izotopov, ki sestavljajo element v vzorcu. S tem načinom izračuna natančno prikažemo, kako so izotopi porazdeljeni, ne glede na to, ali je vzorec naraven ali umetno ustvarjen.
Formula za izračun relativne atomske mase Ar:
$A_r = \sum (\text{Masa izotopa} \cdot \text{Delež izotopa})$
Kako izračunamo relativno atomsko maso Ar
- Najprej poiščite izotope elementa in njihove mase.
- Določite, kolikšen delež (v odstotkih) predstavlja vsak izotop.
- Odstotke pretvorite v decimalna števila (npr. $75\% = 0,75$).
- Množite maso posameznega izotopa z njegovim decimalnim deležem.
- Seštejte vse dobljene vrednosti za rezultat.
Primer 1: zračun relativne atomske mase klora
1. Podatki o izotopih: Klor ima dva stabilna izotopa:
$^{35}\text{Cl}$: Masa = $34,969$, delež = $75,78\%$
$^{37}\text{Cl}$: Masa = $36,966$, delež = $24,22\%$
2. Pretvorba odstotkov v decimalna števila:
$^{35}\text{Cl}$: $75,78 \div 100 = 0,7578$
$^{37}\text{Cl}$: $24,22 \div 100 = 0,2422$
3. Izračun prispevkov:
$^{35}\text{Cl}$: $34,969 \times 0,7578 = 26,503$
$^{37}\text{Cl}$: $36,966 \times 0,2422 = 8,957$
4. Končni izračun:
$A_r = 26,503 + 8,957 = 35,460$
Relativna atomska masa klora je $35,46$. Ta vrednost ustreza podatkom iz periodnega sistema in jasno kaže, kako deleži izotopov vplivajo na končni rezultat.
Primer 2: Izračun relativne atomske mase kisika
1. Podatki o izotopih: Kisik ima tri stabilne izotope:
$^{16}\text{O}$: Masa = $15,9949$, delež = $99,76\%$
$^{17}\text{O}$: Masa = $16,9991$, delež = $0,04\%$
$^{18}\text{O}$: Masa = $17,9992$, delež = $0,20\%$
2. Pretvorba odstotkov v decimalna števila:
$^{16}\text{O}$: $99,76 \div 100 = 0,9976$
$^{17}\text{O}$: $0,04 \div 100 = 0,0004$
$^{18}\text{O}$: $0,20 \div 100 = 0,0020$
3. Izračun prispevkov:
$^{16}\text{O}$: $15,9949 \times 0,9976 = 15,9565$
$^{17}\text{O}$: $16,9991 \times 0,0004 = 0,0068$
$^{18}\text{O}$: $17,9992 \times 0,0020 = 0,0360$
4. Končni izračun:
$A_r = 15,9565 + 0,0068 + 0,0360 = 16,000$
Relativna atomska masa kisika znaša približno $16,00$. Primer lepo pokaže, kako že majhni deleži redkih izotopov vplivajo na skupno vrednost.
Izotopske razlike med vzorci
Porazdelitev izotopov lahko variira glede na izvor vzorca, kar vpliva na vrednost $A_r$. Na primer, silicij ima tri stabilne izotope:
$^{28}\text{Si}$: Masa = $27,9769$, delež = $92,2297\%$
$^{29}\text{Si}$: Masa = $28,9765$, delež = $4,6832\%$
$^{30}\text{Si}$: Masa = $29,9738$, delež = $3,0872\%$
Izračun poteka tako:
$A_r(\text{Si}) = (27.9769 \cdot 0.922297) + (28.9765 \cdot 0.046832) + (29.9738 \cdot 0.030872)$
$27.9769 \cdot 0.922297 = 25.803$
$28.9765 \cdot 0.046832 = 1.358$
$29.9738 \cdot 0.030872 = 0.926$
$A_r(\text{Si}) = 25.803 + 1.358 + 0.926$
$A_r(\text{Si}) = 28.085$
Rezultat:
$27,9769 \times 0,922297 = 25,803$
$28,9765 \times 0,046832 = 1,358$
$29,9738 \times 0,030872 = 0,926$
Končni rezultat: $A_r(\text{Si}) = 25,803 + 1,358 + 0,926 = 28,085$
Izotopske razlike med silicijevimi vzorci iz različnih virov, na primer med vzorci iz Zemlje ali meteoritov, lahko povzročijo manjše spremembe vrednosti $A_r$.
Izotopi in relativna atomska masa
Izotopi vplivajo na relativno atomsko maso ($A_r$) elementa, saj imajo zaradi različnega števila nevtronov različne mase. Čeprav imajo vsi izotopi enako število protonov, razlike v nevtronih povzročajo spremembe v masi. Relativna atomska masa je tehtano povprečje mas vseh izotopov, prilagojeno njihovim deležem v naravi.
Na primer, bor se pojavlja kot $^{10}\text{B}$ in $^{11}\text{B}$. Če ima vzorec $20\%$ $^{10}\text{B}$ in $80\%$ $^{11}\text{B}$, izračunamo $A_r$ na naslednji način:
$A_r(\text{B}) = (10 \cdot 0.2) + (11 \cdot 0.8)$
$A_r(\text{B}) = 2 + 8.8$
$A_r(\text{B}) = 10.8$
Ta izračun prikazuje, kako sestava izotopov vpliva na relativno atomsko maso elementa v vzorcu.
Elementi z enim ali več izotopi
Elementi, ki imajo samo en izotop, kot je fluor ($^{19}\text{F}$), imajo stalno vrednost $A_r$. To omogoča natančne in dosledne meritve. Elementi z več izotopi, kot je klor ($^{35}\text{Cl}$ in $^{37}\text{Cl}$), pa imajo vrednosti $A_r$, ki se spreminjajo glede na razmerje izotopov v vzorcu.
Na primer, naravno razmerje med $^{35}\text{Cl}$ in $^{37}\text{Cl}$ določa, kakšna bo končna vrednost $A_r$. Ta razmerja se lahko rahlo razlikujejo, kar vpliva na končni izračun.
Praktična uporaba izotopske sestave
Raziskave izotopov se pogosto uporabljajo v geokemiji in jedrski znanosti. V geokemiji so razmerja izotopov ključna za preučevanje izvora materialov in analizo sprememb okolja skozi zgodovino.
Na primer, izotopska analiza ogljika omogoča raziskovanje podnebnih sprememb v preteklosti. V jedrski znanosti pa podatki o izotopih pomagajo pri razvoju goriv in izboljšanju procesov v jedrskih reaktorjih. Točne meritve relativne atomske mase ($A_r$) so nepogrešljive za pridobivanje zanesljivih rezultatov na teh področjih.
Pomen relativne atomske mase
Relativna atomska masa ($A_r$) je ključni podatek v kemiji, zlasti pri izračunavanju molske mase in pri stohiometričnih izračunih. Uporaba vrednosti $A_r$ omogoča izračun relativne molekulske mase ($M_r$), kar je bistveno za točne meritve in pripravo spojin.
Uporaba $A_r$ v kemiji
- Izračun molske mase: Vrednosti $A_r$ uporabimo za določitev molske mase elementov in spojin pri kemijskih reakcijah.
- Stohiometrija: S pomočjo $A_r$ uredimo kemijske enačbe in določimo razmerja med reaktanti in produkti.
- Izotopska analiza: Razmerja izotopov uporabimo v geokemiji ali jedrski znanosti za natančne meritve in raziskave.
- Industrijski procesi: Relativna atomska masa se uporablja za standardizacijo materialov, na primer v farmacevtski industriji ali pri proizvodnji kemikalij.
Relativna molekulska masa ($M_r$)
Relativna molekulska masa spojine se izračuna s seštevanjem $A_r$ vseh atomov, ki sestavljajo molekulo. Na primer:
Voda ($H_2O$):
$M_r(\text{H}_2\text{O}) = (2 \cdot 1) + 16$
$M_r(\text{H}_2\text{O}) = 2 + 16$
$M_r(\text{H}_2\text{O}) = 18$
Natrijev klorid ($NaCl$):
$M_r(\text{NaCl}) = 23 + 35.5$
$M_r(\text{NaCl}) = 58.5$
Ti izračuni omogočajo določitev mase enega mola spojine in zagotavljajo natančnost pri pripravi raztopin ali analizi kemijskih reakcij.
Vloga v kemijskih reakcijah
S pomočjo relativne atomske mase lahko predvidimo, koliko reaktantov in produktov potrebujemo v kemijskih reakcijah. Na primer:
$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$
S poznavanjem $A_r$ vodika ($1$) in kisika ($16$) lahko enostavno izračunamo, koliko vode nastane iz določenih količin reaktantov. To je uporabno tako v laboratoriju kot v industriji.
Zgodovina relativne atomske mase
V preteklosti so za referenco pri določanju relativnih mas uporabljali vodik, ker ima najnižjo maso. Leta 1961 pa so znanstveniki uvedli ogljik-12 kot standard, ki ima vrednost natanko 12 enot relativne atomske mase. Ta sprememba je omogočila enotne in natančne meritve po vsem svetu.
Z uvedbo ogljika-12 so spremenili tudi terminologijo – izraz “atomska masa” so zamenjali z “relativno atomsko maso” ($A_r$), da bi poudarili, da gre za razmerje, ne pa za absolutno maso.
Čeprav se izraz “atomska masa” še vedno uporablja, je sprejetje ogljika-12 kot standarda zagotovilo bolj dosledne rezultate v kemiji in fiziki ter omogočilo razvoj natančnih znanstvenih metod.
Nadgradite učenje kemije: relativna atomska masa
Se vam kemija zdi zapletena in ne veste, kakšna je razlika med atomsko maso in relativno atomsko maso? Če potrebujete pomoč pri učenju, je vedno dobro imeti nekoga, ki vam snov razloži na preprost način.
Na spletu lahko poiščete inštruktorja ali učitelja kemije, na primer z iskanjem “inštruktor kemije Celje” ali “učitelj kemije Velenje”. S pomočjo platforme meet’n’learn ali facebook skupine za inštrukcije lahko hitro najdete nekoga, ki vam bo pomagal.
Če raje delate v skupini, preverite “učne ure kemije Ljubljana” ali “inštrukcije kemije Kranj”. Skupinsko učenje je lahko prijetno, saj se lahko učite skupaj z drugimi.
Relativna atomska masa: Pogosto zastavljena vprašanja
1. Kaj je relativna atomska masa?
Relativna atomska masa ($A_r$) označuje povprečno maso atomov določenega elementa, izraženo kot razmerje glede na eno dvanajstino mase atoma ogljika-12.
2. Kako izračunamo relativno atomsko maso?
Relativno atomsko maso izračunamo po formuli: $A_r = \sum (\text{Masa izotopa} \cdot \text{Delež izotopa})$ Ta izračun upošteva vse naravno prisotne izotope in njihove deleže.
3. Kako se relativna atomska masa razlikuje od atomske mase?
Relativna atomska masa je pravilni znanstveni izraz, medtem ko je atomska masa zastarel izraz, ki se danes uporablja le neformalno.
4. Zakaj je ogljik-12 izbran kot standard?
Ogljik-12 je stabilen in široko razpoložljiv izotop, kar omogoča natančno in univerzalno primerjavo relativnih atomskih mas elementov.
5. Kako izotopi vplivajo na relativno atomsko maso?
Različne mase izotopov in njihova prisotnost v naravi vplivajo na povprečno vrednost $A_r$, saj vsak izotop prispeva k tehtanemu povprečju.
6. Kako se elementi z enim izotopom razlikujejo od elementov z več izotopi pri $A_r$?
Elementi z enim izotopom, kot je fluor ($^{19}\text{F}$), imajo stalno vrednost $A_r$. Pri elementih z več izotopi, kot je klor, pa se $A_r$ spreminja glede na razmerje izotopov v vzorcu.
7. Kaj je relativna molekulska masa ($M_r$)?
Relativna molekulska masa ($M_r$) je vsota relativnih atomskih mas ($A_r$) vseh atomov, ki sestavljajo molekulo ali spojino.
8. Zakaj kemiki uporabljajo relativno atomsko maso?
Relativna atomska masa je nepogrešljiva za izračun molske mase, urejanje kemijskih enačb in napovedovanje količin reaktantov in produktov v kemijskih reakcijah.
Viri:
1. ThoughtCo
2. Creative Chemistry
3. Wikipedia
