Każda substancja nie jest czymś stałym, składa się z małych cząstek, które są cząsteczkami. Cząsteczki z atomów. Z tego możemy wywnioskować, że określona masa substancji może charakteryzować cząsteczki i atomy elementów składowych. Kiedyś Łomonosow poświęcił temu tematowi większość swojej pracy. Jednak wielu ciekawskich przyrodników zawsze interesowało pytanie: „W jakich jednostkach wyraża się masa cząsteczki, masa atomu?”

Ale najpierw cofnijmy się trochę do historii.

W przeszłości w obliczeniach zawsze uwzględniano masę wodoru (H) na jednostkę masy atomu. I na tej podstawie dokonaliśmy wszystkich niezbędnych obliczeń. Jednak większość związków występuje w przyrodzie jako związki tlenu, dlatego masę atomową pierwiastka obliczono w stosunku do tlenu (O). Jest to dość niewygodne, ponieważ w obliczeniach musieliśmy stale uwzględniać stosunek O:H wynoszący 16:1. Ponadto badania wykazały, że stosunek ten jest niedokładny; w rzeczywistości wynosił 15,88:1 lub 16:1,008. Zmiany te były powodem ponownego obliczenia masy atomów wielu pierwiastków. Zdecydowano się pozostawić wartość masy dla O na poziomie 16, a dla H na poziomie 1,008. Dalszy rozwój nauki doprowadził do odkrycia natury samego tlenu. Okazało się, że cząsteczka tlenu ma kilka izotopów o masach 18, 16, 17. W fizyce niedopuszczalne jest stosowanie jednostki, która ma. W ten sposób powstały dwie skale mas atomowych: w chemii i fizyce. Dopiero w 1961 roku naukowcy doszli do wniosku, że konieczne jest stworzenie jednolitej skali, która do dziś stosowana jest pod nazwą „jednostka węgla”. W rezultacie element względny reprezentuje masę atomu w jednostkach węgla.

Metody obliczeniowe

Każda substancja składa się z mas atomów, które tworzą daną cząsteczkę. Wynika z tego, że masę cząsteczki należy wyrazić w jednostkach węgla, podobnie jak masę atomu, tj. względną masę atomową określa się biorąc pod uwagę względną. Jak wiadomo, można ją wykorzystać do określenia liczby atomów w cząsteczce. Znając liczbę atomów i masę cząsteczki, możesz obliczyć masę atomową. Istnieje kilka innych sposobów, aby to ustalić. W 1858 roku Cannizzaro zaproponował metodę wyznaczania względnej masy atomowej pierwiastków zdolnych do tworzenia związków gazowych. Jednak metale nie mają takiej zdolności. Dlatego do określenia ich masy atomowej wybrano metodę wykorzystującą zależność masy atomowej od pojemności cieplnej odpowiedniej substancji. Ale wszystkie rozważane metody dają jedynie przybliżone wartości mas atomowych.

Jak wykazały badania naukowe, na podstawie tych przybliżonych wartości można określić dokładną wartość. Aby to zrobić, wystarczy porównać tę wartość z jej odpowiednikiem. Odpowiednik pierwiastka jest równy stosunkowi względnej masy atomowej pierwiastka do jego wartościowości w związku. Z tej zależności wyznaczono prawidłową względną masę atomową każdego pierwiastka.

Atomy są bardzo małe i mają bardzo małą masę. Jeżeli masę atomu pierwiastka chemicznego wyrazimy w gramach, będzie to liczba poprzedzona więcej niż dwudziestoma zerami po przecinku. Dlatego mierzenie masy atomów w gramach jest niewygodne.

Jeśli jednak przyjmiemy bardzo małą masę jako jednostkę, wówczas wszystkie inne małe masy można wyrazić jako stosunek do tej jednostki. Jednostką miary masy atomowej została wybrana 1/12 masy atomu węgla.

Nazywa się 1/12 masy atomu węgla jednostka masy atomowej(południe).

Względna masa atomowa to wartość równa stosunkowi rzeczywistej masy atomu danego pierwiastka chemicznego do 1/12 rzeczywistej masy atomu węgla. Jest to wielkość bezwymiarowa, ponieważ dwie masy są podzielone.

A r = m w. / (1/12) m łuku.

Jednakże bezwzględna masa atomowa równy wartości względnej i ma jednostkę miary a.m.u.

Oznacza to, że względna masa atomowa pokazuje, ile razy masa konkretnego atomu jest większa niż 1/12 atomu węgla. Jeśli atom A ma r = 12, to jego masa jest 12 razy większa niż 1/12 masy atomu węgla, czyli innymi słowy ma 12 jednostek masy atomowej. Może się to zdarzyć tylko w przypadku samego węgla (C). Atom wodoru (H) ma A r = 1. Oznacza to, że jego masa jest równa masie 1/12 masy atomu węgla. Tlen (O) ma względną masę atomową 16 amu. Oznacza to, że atom tlenu jest 16 razy masywniejszy niż 1/12 atomu węgla, ma 16 jednostek masy atomowej.

Najlżejszym pierwiastkiem jest wodór. Jego masa jest w przybliżeniu równa 1 amu. Najcięższe atomy mają masę zbliżającą się do 300 amu.

Zwykle dla każdego pierwiastka chemicznego jego wartością jest bezwzględna masa atomów wyrażona w postaci a. są zaokrąglone.

Wartości jednostek masy atomowej są zapisane w układzie okresowym.

W przypadku cząsteczek stosuje się tę koncepcję względna masa cząsteczkowa (Mr). Względna masa cząsteczkowa pokazuje, ile razy masa cząsteczki jest większa niż 1/12 masy atomu węgla. Ponieważ jednak masa cząsteczki jest równa sumie mas tworzących ją atomów, względną masę cząsteczkową można obliczyć po prostu dodając względne masy tych atomów. Na przykład cząsteczka wody (H 2 O) zawiera dwa atomy wodoru z A r = 1 i jeden atom tlenu z A r = 16. Zatem Mr(H 2 O) = 18.

Wiele substancji ma strukturę niemolekularną, na przykład metale. W takim przypadku ich względną masę cząsteczkową uważa się za równą ich względnej masie atomowej.

W chemii nazywa się to ważną wielkością ułamek masowy pierwiastka chemicznego w cząsteczce lub substancji. Pokazuje, jaka część względnej masy cząsteczkowej przypada na dany pierwiastek. Na przykład w wodzie wodór stanowi 2 części (ponieważ są dwa atomy), a tlen 16. Oznacza to, że jeśli zmieszasz wodór o wadze 1 kg i tlen o wadze 8 kg, zareagują one bez pozostałości. Udział masowy wodoru wynosi 2/18 = 1/9, a udział masowy tlenu wynosi 16/18 = 8/9.

Atom jest cząstką materialną, zatem posiada masę.
Co to jest względna masa atomowa?

Więcej lekcji na stronie

— Skład substancji prostych i złożonych można wyrazić wzorem chemicznym.

Wzór chemiczny prostej substancji jest zapisany w formie znaku - symbolu żywiołu. Na przykład miedź, prosta substancja, jest oznaczona jako Cu; siarka - S itp. Niektóre proste substancje mają cząsteczkę składającą się z dwóch atomów. Na przykład niektóre niemetale w stanie gazowym składają się z cząsteczek dwuatomowych: wodoru H2 (czytaj „popiół-dwa”), tlenu O2 („o-dwa”), chloru Cl2 („chlor-dwa”). Z tych wzorów jasno wynika, że ​​liczba zapisana w prawym dolnym rogu symbolu pierwiastka oznacza liczbę atomów w cząsteczce. Jest on nazywany indeks .

Substancje złożone składają się z atomów różnych pierwiastków. Na przykład woda H2O („popiół-dwa-o”), dwutlenek węgla CO2 („tse-o-two”), sól kuchenna NaCl („chlor sodu”)

Względna masa atomowa (Ar) pierwiastka to stosunek masy atomu danego pierwiastka do 1/12 masy atomu węgla; jest to wielkość bezwymiarowa.

Na przykład: Ar(H2) = 1 · 2 = 2

Ar(Cl2) = 35,5 · 2 = 71

Względna masa cząsteczkowa (Mr) substancji jest sumą względnych mas atomowych pierwiastków tworzących tę substancję.

Każdy atom dowolnego pierwiastka chemicznego ma swoją własną masę, tak jak każde otaczające nas ciało fizyczne, w tym ty i ja. Ale w przeciwieństwie do nas masa atomów jest bardzo mała. Dlatego naukowcy przyjęli masę jako standard 1/12 masy atomu węgla 6 12 Z(jako najlżejszy) i masę pozostałych atomów porównano z masą tego wzorca, stąd nazwa „względna masa atomowa” z języka angielskiego. « względny» względny. Wielkość ta nie ma jednostek miary i jest oznaczona Ar. Wartość liczbowa względnej masy atomowej dowolnego pierwiastka jest zapisana w układzie okresowym przez D.I. Mendelejew.

Jeżeli substancję tworzy kilka elementów (identycznych lub różnych), wówczas mówimy o cząsteczkach i „masie względnej cząsteczkowej”. Ona składa się od mas atomowych wszyscy pierwiastki chemiczne tworzące cząsteczkę, pomnożone przez liczbę tych atomów. Nie ma również jednostek miary i jest oznaczony Pan. Na przykład:

Pan (O 2) = Ar (O) 2 = 16 2 = 32;

Mr (H 2 O) = Ar (H) 2 + Ar (O) = 1 2 +16 = 18;

Mr (H 2 SO 4) = Ar (H) 2 + Ar (S) + Ar (O) 4 = 1 2 + 32 + 16 4 = 98;

Nauczyciel wielokrotnie przypomina uczniom, że wartość Ar można znaleźć w układzie okresowym D.I. Mendelejew pod znakiem pierwiastka chemicznego. Wartości mas atomowych różnych pierwiastków chemicznych są sumowane. Jeżeli w cząsteczce znajduje się kilka identycznych atomów, ich wartość liczbowa mas atomowych jest mnożona przez liczbę tych atomów. (nowy temat zostanie wzmocniony podczas samodzielnej pracy w części badawczej lekcji)

2. Część badawcza(samodzielna praca uczniów pod kierunkiem nauczyciela), jeśli uczniowie napotkają trudności, nauczyciel musi zachować szczególną ostrożność i w żadnym wypadku nie dawać uczniom bezpośredniej poprawnej odpowiedzi, czyli „gotowych cm”, muszą je zdobyć sami . Lepiej „naciskać” ucznia na właściwą decyzję za pomocą pytań wiodących, które stymulują aktywność umysłową, potrzebę połączenia istniejącej wiedzy z innych dziedzin z nowym materiałem. Jest to konieczne, aby nie zakłócać procesu badawczego uczniów i osiągnąć jak najlepsze wyniki w nauce nowego materiału, gdyż samodzielnie zdobyta wiedza zatrzymuje się w pamięci długotrwałej niż gotowe informacje.

Masa atomowa jest sumą mas wszystkich protonów, neutronów i elektronów tworzących atom lub cząsteczkę. W porównaniu do protonów i neutronów masa elektronów jest bardzo mała, dlatego nie jest brana pod uwagę w obliczeniach. Chociaż nie jest to formalnie poprawne, termin ten jest często używany w odniesieniu do średniej masy atomowej wszystkich izotopów pierwiastka. W rzeczywistości jest to względna masa atomowa, zwana także masą atomową masa atomowa element. Masa atomowa to średnia mas atomowych wszystkich izotopów pierwiastka występującego w przyrodzie. Chemicy muszą podczas swojej pracy rozróżniać te dwa typy mas atomowych — nieprawidłowa masa atomowa może na przykład skutkować nieprawidłowym wynikiem dotyczącym wydajności reakcji.

Kroki

Wyznaczanie masy atomowej z układu okresowego pierwiastków

Dowiedz się, jak zapisuje się masę atomową. Masę atomową, czyli masę danego atomu lub cząsteczki, można wyrazić w standardowych jednostkach układu SI – gramach, kilogramach i tak dalej. Ponieważ jednak masy atomowe wyrażone w tych jednostkach są niezwykle małe, często zapisuje się je w ujednoliconych jednostkach masy atomowej, w skrócie amu. – atomowe jednostki masy. Jedna jednostka masy atomowej jest równa 1/12 masy standardowego izotopu węgla-12.

• Jednostka masy atomowej charakteryzuje masę jeden mol danego pierwiastka w gramach. Wartość ta jest bardzo przydatna w obliczeniach praktycznych, gdyż można za jej pomocą łatwo przeliczyć masę danej liczby atomów lub cząsteczek danej substancji na mole i odwrotnie.

1. Znajdź masę atomową w układzie okresowym. Większość standardowych układów okresowych zawiera masy atomowe (masy atomowe) każdego pierwiastka. Zazwyczaj są one wymienione jako liczba na dole komórki pierwiastkowej, poniżej liter oznaczających pierwiastek chemiczny. Zwykle nie jest to liczba całkowita, ale ułamek dziesiętny.

   Pamiętaj, że układ okresowy podaje średnie masy atomowe pierwiastków. Jak zauważono wcześniej, względne masy atomowe podane dla każdego pierwiastka w układzie okresowym są średnią mas wszystkich izotopów atomu. Ta średnia wartość jest cenna dla wielu celów praktycznych: na przykład służy do obliczania masy molowej cząsteczek składających się z kilku atomów. Jednak gdy mamy do czynienia z pojedynczymi atomami, wartość ta zwykle nie jest wystarczająca.

   • Ponieważ średnia masa atomowa jest średnią kilku izotopów, wartość pokazana w układzie okresowym nie jest taka dokładny wartość masy atomowej dowolnego pojedynczego atomu.
   • Masy atomowe poszczególnych atomów należy obliczyć biorąc pod uwagę dokładną liczbę protonów i neutronów w pojedynczym atomie.

   Obliczanie masy atomowej pojedynczego atomu

   1. Znajdź liczbę atomową danego pierwiastka lub jego izotopu. Liczba atomowa to liczba protonów w atomach pierwiastka i nigdy się nie zmienia. Na przykład wszystkie atomy wodoru i tylko mają jeden proton. Liczba atomowa sodu wynosi 11, ponieważ ma jedenaście protonów w jądrze, podczas gdy liczba atomowa tlenu wynosi osiem, ponieważ ma osiem protonów w jądrze. Liczbę atomową dowolnego pierwiastka można znaleźć w układzie okresowym - prawie we wszystkich jego standardowych wersjach liczba ta jest podana nad literowym oznaczeniem pierwiastka chemicznego. Liczba atomowa jest zawsze dodatnią liczbą całkowitą.

      • Załóżmy, że interesuje nas atom węgla. Atomy węgla mają zawsze sześć protonów, więc wiemy, że ich liczba atomowa wynosi 6. Ponadto widzimy, że w układzie okresowym, na górze komórki z węglem (C) znajduje się liczba „6”, co oznacza, że ​​liczba atomowa liczba atomów węgla wynosi sześć.
      • Należy zauważyć, że liczba atomowa pierwiastka nie jest jednoznacznie powiązana z jego względną masą atomową w układzie okresowym. Chociaż może się wydawać, szczególnie w przypadku pierwiastków na górze tabeli, że masa atomowa pierwiastka jest dwukrotnie większa od liczby atomowej, nigdy nie oblicza się jej poprzez pomnożenie liczby atomowej przez dwa.

   2. Znajdź liczbę neutronów w jądrze. Liczba neutronów może być różna dla różnych atomów tego samego pierwiastka. Kiedy dwa atomy tego samego pierwiastka o tej samej liczbie protonów mają różną liczbę neutronów, są to różne izotopy tego pierwiastka. W przeciwieństwie do liczby protonów, która nigdy się nie zmienia, liczba neutronów w atomach danego pierwiastka często może się zmieniać, dlatego średnią masę atomową pierwiastka zapisuje się jako ułamek dziesiętny o wartości leżącej pomiędzy dwiema sąsiadującymi liczbami całkowitymi.

      Dodaj liczbę protonów i neutronów. Będzie to masa atomowa tego atomu. Pomiń liczbę elektronów otaczających jądro - ich całkowita masa jest niezwykle mała, więc nie mają one praktycznie żadnego wpływu na Twoje obliczenia.

   Obliczanie względnej masy atomowej (masy atomowej) pierwiastka

   1. Określ, które izotopy znajdują się w próbce. Chemicy często określają proporcje izotopów w konkretnej próbce za pomocą specjalnego instrumentu zwanego spektrometrem mas. Natomiast na szkoleniu dane te będą Ci przekazywane w zadaniach, testach itp. w postaci wartości zaczerpniętych z literatury naukowej.

      • W naszym przypadku załóżmy, że mamy do czynienia z dwoma izotopami: węglem-12 i węglem-13.

   2. Określ względną liczebność każdego izotopu w próbce. Dla każdego pierwiastka różne izotopy występują w różnych proporcjach. Wskaźniki te są prawie zawsze wyrażane w procentach. Niektóre izotopy są bardzo powszechne, inne bardzo rzadkie – czasem tak rzadkie, że trudne do wykrycia. Wartości te można określić za pomocą spektrometrii mas lub znaleźć w podręczniku.

      • Załóżmy, że stężenie węgla-12 wynosi 99%, a węgla-13 1%. Inne izotopy węgla Naprawdę istnieją, ale w ilościach tak małych, że w tym przypadku można je pominąć.

   3. Pomnóż masę atomową każdego izotopu przez jego stężenie w próbce. Pomnóż masę atomową każdego izotopu przez jego procentową liczebność (wyrażoną w postaci ułamka dziesiętnego). Aby przeliczyć wartości procentowe na ułamek dziesiętny, wystarczy podzielić je przez 100. Otrzymane stężenia powinny zawsze sumować się do 1.

      • Nasza próbka zawiera węgiel-12 i węgiel-13. Jeśli węgiel-12 stanowi 99% próbki, a węgiel-13 stanowi 1%, wówczas pomnóż 12 (masa atomowa węgla-12) przez 0,99 i 13 (masa atomowa węgla-13) przez 0,01.
      • W podręcznikach podają wartości procentowe w oparciu o znane ilości wszystkich izotopów danego pierwiastka. Większość podręczników do chemii zawiera te informacje w tabeli na końcu książki. Dla badanej próbki względne stężenia izotopów można również oznaczyć za pomocą spektrometru mas.

   4. Dodaj wyniki. Podsumuj wyniki mnożenia uzyskane w poprzednim kroku. W wyniku tej operacji znajdziesz względną masę atomową swojego pierwiastka - średnią wartość mas atomowych izotopów danego pierwiastka. Gdy rozważa się pierwiastek jako całość, a nie konkretny izotop danego pierwiastka, stosuje się tę wartość.

      • W naszym przykładzie 12 x 0,99 = 11,88 dla węgla-12 i 13 x 0,01 = 0,13 dla węgla-13. Względna masa atomowa w naszym przypadku wynosi 11,88 + 0,13 = 12,01 .
   • Niektóre izotopy są mniej stabilne niż inne: rozkładają się na atomy pierwiastków mających mniej protonów i neutronów w jądrze, uwalniając cząstki tworzące jądro atomowe. Takie izotopy nazywane są radioaktywnymi.

1. Uzupełnij luki w zdaniach.

Bezwzględna masa atomowa pokazuje masę jednej dwunastu części 1/12 masy jednej cząsteczki izotopu węgla 12 6 C mierzoną w jednostkach: g, gk, mg, tj.

Względna masa atomowa pokazuje, ile razy masa danej substancji pierwiastka jest większa od masy atomu wodoru; nie ma jednostki miary.

2. Korzystając z zapisu, zapisz wartość zaokrągloną do liczby całkowitej:

a) względna masa atomowa tlenu - 16:
b) względna masa atomowa sodu - 23;
c) względna masa atomowa miedzi - 64.

3. Podano nazwy pierwiastków chemicznych: rtęć, fosfor, wodór, siarka, węgiel, tlen, potas, azot. W puste komórki wpisz symbole pierwiastków tak, aby otrzymać rząd, w którym wzrasta względna masa atomowa.

4. Podkreśl zdania prawdziwe.

a) Masa dziesięciu atomów tlenu jest równa masie dwóch atomów bromu;
b) Masa pięciu atomów węgla jest większa niż masa trzech atomów siarki;
c) Masa siedmiu atomów tlenu jest mniejsza niż masa pięciu atomów magnezu.

5. Wypełnij diagram.

6. Oblicz względne masy cząsteczkowe substancji na podstawie ich wzorów:

a) M r (N 2) = 2*14=28
b) M r (CH 4) = 12+4*1=16
c) M r (CaCO3) = 40+12+3*16=100
d) M r (NH 4Cl) = 12+41+35,5=53,5
e) M r (H 3PO 4) = 3*1+31+16*4=98

7. Przed tobą piramida, której „kamieniami konstrukcyjnymi” są wzory związków chemicznych. Znajdź taką drogę od wierzchołka piramidy do jej podstawy, aby suma względnych mas cząsteczkowych związków była minimalna. Wybierając każdy kolejny „kamień” trzeba liczyć się z tym, że wybrać można tylko ten, który bezpośrednio sąsiaduje z poprzednim.

W odpowiedzi zapisz wzory substancji znajdujących się na zwycięskiej ścieżce.

Odpowiedź: C 2 H 6 - H 2 CO 3 - SO 2 - Na 2 S

8. Kwas cytrynowy znajduje się nie tylko w cytrynach, ale także w niedojrzałych jabłkach, porzeczkach, wiśniach itp. Kwas cytrynowy stosuje się w kuchni i gospodarstwie domowym (na przykład do usuwania plam rdzy z tkanin). Cząsteczka tej substancji składa się z 6 atomów węgla, 8 atomów wodoru, 7 atomów tlenu.

C 6 H 8 O 7

Sprawdź prawidłowe stwierdzenie:

a) względna masa cząsteczkowa tej substancji wynosi 185;
b) względna masa cząsteczkowa tej substancji wynosi 29;
c) względna masa cząsteczkowa tej substancji wynosi 192.