Sisältö
- Mitä atomit ovat?
- Isotoopit ja massa
- Keskimääräinen massakaava
- Painotettu keskiarvo ja isotoopit
- Keskimääräinen atomimassa: Esimerkki
Yksi yleisimmistä tehtävistä, jotka joudut suorittamaan tiedon kanssa työskentelevälle orastavalle tiedemiehelle, on keskiarvon käsitteen ymmärtäminen. Usein kohtaat näytteen samanlaisista esineistä, jotka eroavat tutkittavana olevan yhden ominaisuuden, kuten massan, mukaan.
Saatat joutua jopa laskemaan esineiden ryhmän, kuten atomien, keskimääräinen massa, jota et voi punnita suoraan.
Suurin osa luonnon 92 atomista esiintyy kahdessa tai useammassa muodossa, joita kutsutaan isotoopeiksi. Saman alkuaineen isotoopit eroavat toisistaan vain ytimessä olevien neutronien lukumäärän suhteen.
Voi olla hyödyllistä soveltaa kaikkia näitä periaatteita yhdessä saadaksesi keskimääräinen massa valitusta atomista, joka on otettu tunnetuista erilaisista isotoopeista.
Mitä atomit ovat?
Atomit ovat elementin pienin yksittäinen yksikkö, joka koostuu kyseisen elementin kaikista ominaisuuksista. Atomit koostuvat protoneista ja neutroneista sisältävästä ytimestä, jota kiertää lähes massaton elektroni.
Protonit ja neutronit painavat suunnilleen samoja kuin toiset. Jokainen protoni sisältää positiivisen sähkövarauksen, joka on yhtä suuri kuin suurempi ja vastakkaisessa merkissä kuin elektronin (negatiivinen), kun taas neutroneilla ei ole nettovarausta.
Atomeille on tunnusomaista ensisijaisesti niiden atominumero, joka on vain atomien protonien lukumäärä. Elektronien lisääminen tai vähentäminen luo varautuneen atomin, jota kutsutaan ioniksi, kun taas neutronien lukumäärän muuttaminen luo kyseisen atomin isotoopin ja siten elementin.
Isotoopit ja massa
Atomin massaluku on protonien ja neutronien lukumäärä. Esimerkiksi kromilla (Cr) on 24 protonia (mikä määrittelee elementin kromiksi) ja vakaimmassa muodossaan - eli luonnossa yleisimmin esiintyvänä isotooppina - siinä on 28 neutronia. Sen massa on siis 52.
Elementin isotoopit määritetään niiden massamäärällä, kun ne kirjoitetaan. Siten hiilen isotooppi, jossa on 6 protonia ja 6 neutronia, on hiili-12, kun taas raskaampi isotooppi yhdellä ylimääräisellä neutronilla on hiili-13.
Suurin osa alkuaineista esiintyy isotooppien seoksena, joista yksi on "suosion" suhteen huomattavasti enemmän kuin muut. Esimerkiksi 99,76 prosenttia luonnossa esiintyvästä hapesta on happea-16. Jotkut elementit, kuten kloori ja kupari, osoittavat kuitenkin isotooppien laajemman jakautumisen.
Keskimääräinen massakaava
Matemaattinen keskiarvo on yksinkertaisesti kaikkien näytteessä olevien yksittäisten tulosten summa jaettuna näytteen kohteiden kokonaismäärällä. Esimerkiksi luokassa, jossa on viisi opiskelijaa, jotka saivat testitulokset 3, 4, 5, 2 ja 5, tietokilpailun luokan keskiarvo olisi (3 + 4 + 5 + 2 + 5) ÷ 5 = 3,8.
Keskimääräinen massayhtälö voidaan kirjoittaa monin tavoin, ja joissakin tapauksissa sinun on tiedettävä keskiarvoon liittyvät piirteet, kuten keskihajonta. Keskity toistaiseksi vain perusmääritelmään.
Painotettu keskiarvo ja isotoopit
Kun tiedät tietyn elementin kunkin isotoopin suhteellisen osan, joka esiintyy luonnossa, voit laskea atomimassa siitä elementistä, joka, koska se on keskiarvo, ei ole minkään atomin massa, vaan luku, joka on läsnä olevien raskaimpien ja kevyimpien isotooppien välillä.
Jos kaikkia isotooppeja oli läsnä sama määrä, voit vain lisätä yhteen kunkin isotooppityypin massan ja jakaa olemassa olevien erityyppisten isotooppien lukumäärällä (yleensä kaksi tai kolme).
Keskimääräinen atomimassa, ilmoitettuna atomimassayksiköinä (amu), on aina samanlainen kuin massaluku, mutta se ei ole kokonaisluku.
Keskimääräinen atomimassa: Esimerkki
Kloori-35: n atomimassa on 34,969 amu ja sen osuus maapallon kloorista on 75,77%.
Kloori-37: n atomimassa on 36,966 amu ja prosentuaalinen runsaus 24,23%.
Kloorin keskimääräisen atomimassan laskemiseksi käytä elementin jaksollisen taulukon tietoja (katso Resurssit) (painotetun) keskiarvon löytämiseksi, mutta muuttamalla prosenttimäärä desimaaliksi:
(34,969 × 0,7577) + (36,966 × 0,2423) = 35,45 amu