JISIM ATOM: DEFINISI, JENIS, CARA MENGIRA, CONTOH - KIMIA - 2026

The jisim atom ialah kuantiti hadir bahan dalam atom, yang boleh dinyatakan dalam unit fizikal biasa atau dalam unit jisim atom (uma ou). Satu atom kosong di hampir semua strukturnya; elektron yang tersebar di kawasan yang disebut orbital, di mana terdapat kebarangkalian tertentu untuk menemukannya, dan inti mereka.

Di dalam inti atom terdapat proton dan neutron; yang pertama dengan caj positif, sementara yang terakhir dengan caj neutral. Kedua-dua zarah subatom ini mempunyai jisim yang jauh lebih besar daripada elektron; oleh itu, jisim atom diatur oleh intinya dan bukan oleh vakum atau oleh elektron.

Zarah subatomik utama dan jisim nukleus. Sumber: Gabriel Bolívar.

Jisim elektron kira-kira 9.1 · 10 ^-31 kg, sementara proton 1.67 · 10 ^-27 kg, nisbah jisimnya adalah 1.800; iaitu, proton “berat” 1.800 kali lebih banyak daripada elektron. Begitu juga perkara yang sama dengan jisim neutron dan elektron. Itulah sebabnya sumbangan besar elektron untuk tujuan biasa dianggap tidak dapat dielakkan.

Oleh kerana itu, biasanya diandaikan bahawa jisim atom, atau jisim atom, hanya bergantung pada jisim nukleus; yang pada gilirannya, terdiri daripada jumlah jirim neutron dan proton. Dua konsep muncul dari penaakulan ini: bilangan jisim dan jisim atom, keduanya saling berkaitan.

Dengan begitu banyak "kekosongan" pada atom, dan kerana jisimnya hampir keseluruhannya adalah fungsi inti, maka yang diharapkan adalah yang terakhir sangat padat.

Sekiranya kita mengeluarkan kekosongan dari badan atau objek mana pun, dimensinya akan berkontraksi secara drastik. Juga, jika kita dapat membangun objek kecil berdasarkan inti atom (tanpa elektron), maka jisimnya akan berjuta-juta tan.

Sebaliknya, jisim atom membantu membezakan atom yang berlainan dari unsur yang sama; Ini adalah isotop. Oleh kerana terdapat banyak isotop lebih banyak daripada yang lain, rata-rata jisim atom mesti dianggarkan untuk unsur tertentu; rata-rata yang boleh berbeza-beza dari planet ke planet, atau dari satu kawasan angkasa ke kawasan lain.

Definisi dan konsep

Secara definisi, jisim atom adalah jumlah jisim proton dan neutronnya yang dinyatakan dengan uma atau u. Nombor yang dihasilkan (juga kadang-kadang disebut nombor jisim) diletakkan tanpa dimensi di sudut kiri atas pada notasi yang digunakan untuk nuklida. Sebagai contoh, bagi unsur ¹⁵ X jisim atomnya ialah 15uma atau 15u.

Jisim atom tidak dapat memberitahu banyak tentang identiti sebenar unsur X ini. Sebaliknya, nombor atom digunakan, yang sepadan dengan proton dalam inti X. Sekiranya nombor ini adalah 7, maka perbezaannya ( 15-7) akan sama dengan 8; iaitu, X mempunyai 7 proton dan 8 neutron, yang jumlahnya 15.

Kembali ke gambar, nukleus mempunyai 5 neutron dan 4 proton, jadi jumlah jisimnya adalah 9; dan pada gilirannya 9 amu adalah jisim atomnya. Dengan memiliki 4 proton, dan melihat jadual berkala, dapat dilihat bahawa inti ini sesuai dengan unsur berilium, Be (atau ⁹ Be).

Unit jisim atom

Atom terlalu kecil untuk dapat mengukur jisimnya dengan kaedah konvensional atau keseimbangan biasa. Oleh sebab itulah, uma, uo Da (buta warna) diciptakan. Unit-unit ini yang direka untuk atom membolehkan anda mempunyai idea tentang seberapa besar atom unsur yang saling berkaitan.

Tetapi apa sebenarnya yang mewakili uma? Perlu ada rujukan untuk menjalin hubungan massa. Untuk ini, atom ¹² C digunakan sebagai rujukan , yang merupakan isotop karbon yang paling banyak dan stabil. Mempunyai 6 proton (nombor atomnya Z), dan 6 neutron, jisim atomnya adalah 12.

Anggapan dibuat bahawa proton dan neutron mempunyai jisim yang sama, sehingga masing-masing menyumbang 1 amu. Unit jisim atom kemudian ditakrifkan sebagai satu belas (1/12) jisim atom karbon-12; ini adalah jisim proton atau neutron.

Kesamaan dalam gram

Dan sekarang timbul persoalan berikut: berapa gram sama dengan 1 amu? Oleh kerana pada awalnya tidak ada teknik yang cukup maju untuk mengukurnya, ahli kimia harus bertekad untuk menyatakan semua massa dengan amu; namun, ini adalah kelebihan dan bukan keburukan.

Kenapa? Kerana zarah subatomik sangat kecil, jisimnya, dinyatakan dalam gram, mestilah sama kecil. Sebenarnya, 1 amu sama dengan 1.6605 · 10 ^-24 gram. Selanjutnya, dengan penggunaan konsep tahi lalat, tidak menjadi masalah untuk mengusahakan jisim elemen dan isotopnya dengan amu mengetahui bahawa unit tersebut dapat diubah menjadi g / mol.

Sebagai contoh, kembali ke ¹⁵ X dan ⁹ Be, kita mempunyai jisim atomnya masing-masing 15 amu dan 9 amu. Oleh kerana unit ini sangat kecil dan tidak secara langsung memberitahu berapa banyak perkara yang mesti "ditimbang" oleh seseorang untuk memanipulasinya, unit-unit tersebut berubah menjadi jisim molar masing-masing: 15 g / mol dan 9 g / mol (memperkenalkan konsep tahi lalat dan nombor Avogadro).

Jisim atom purata

Tidak semua atom unsur yang sama mempunyai jisim yang sama. Ini bermaksud bahawa mereka mesti mempunyai lebih banyak zarah subatom di dalam nukleus. Sebagai unsur yang sama, bilangan atom atau bilangan proton mesti tetap; oleh itu, hanya terdapat variasi jumlah neutron yang dimilikinya.

Ini adalah bagaimana ia muncul dari definisi isotop: atom unsur yang sama tetapi dengan jisim atom yang berbeza. Sebagai contoh, berilium hampir keseluruhannya terdiri daripada isotop ⁹ Be, dengan jumlah jejak ¹⁰ Be. Walau bagaimanapun, contoh ini tidak begitu membantu dalam memahami konsep jisim atom purata; kita memerlukan satu dengan lebih banyak isotop.

Contohnya

Andaikan elemen ⁸⁸ J wujud , ini menjadi isotop utama J dengan kelimpahan 60%. J juga mempunyai dua isotop lain: ⁸⁶ J, dengan kelimpahan 20%, dan ⁹⁰ J, dengan kelimpahan juga 20%. Ini bermaksud bahawa dari 100 atom J yang kita kumpulkan di Bumi, 60 daripadanya adalah ⁸⁸ J, dan selebihnya 40 campuran ⁸⁶ J dan ⁹⁰ J.

Setiap tiga isotop J mempunyai jisim atomnya sendiri; iaitu jumlah neutron dan proton mereka. Walau bagaimanapun, jisim ini mesti rata-rata untuk mempunyai jisim atom untuk J di tangan; di Bumi ini, kerana mungkin terdapat kawasan lain di Alam Semesta di mana kelimpahan ⁸⁶ J adalah 56% dan bukan 60%.

Untuk mengira jisim atom J, purata berat jisim isotopnya mesti diperolehi; iaitu dengan mengambil kira peratusan kelimpahan bagi masing-masing. Oleh itu, kami mempunyai:

Jisim Purata (J) = (86 amu) (0.60) + (88 amu) (0.20) + (90 amu) (0.20)

= 87.2 pagi

Maksudnya, jisim atom purata (juga dikenali sebagai berat atom) J ialah 87.2 amu. Sementara itu, jisim molarnya ialah 87.2 g / mol. Perhatikan bahawa 87.2 lebih dekat ke 88 daripada 86, dan jaraknya juga dari 90.

Jisim atom mutlak

Jisim atom mutlak adalah jisim atom yang dinyatakan dalam gram. Bermula dari contoh unsur hipotesis J, kita dapat mengira jisim atom mutlaknya (yang rata-rata) mengetahui bahawa setiap amu bersamaan dengan 1.6605 · 10 ^-24 gram:

Jisim atom mutlak (J) = 87.2 amu * (1.6605 · 10 ^-24 g / amu)

= 1.447956 · 10 ^-22 g / J atom

Ini bermaksud bahawa secara purata atom J mempunyai jisim mutlak 1.447956 · 10 ^-22 g.

Jisim atom relatif

Jisim atom relatif berangka sama dengan jisim atom purata bagi unsur tertentu; Namun, tidak seperti yang kedua, yang pertama tidak mempunyai kesatuan. Oleh itu, ia tidak berdimensi. Sebagai contoh, jisim atom berilium purata ialah 9.012182 u; sementara jisim atom relatifnya hanyalah 9.012182.

Itulah sebabnya kadang-kadang konsep-konsep ini sering disalahtafsirkan sebagai sinonim, kerana mereka sangat serupa dan perbezaan di antara mereka tidak jelas. Tetapi dengan apa jisim ini? Berkaitan dengan satu per dua belas jisim ¹² C.

Oleh itu, unsur dengan jisim atom relatif 77 bermaksud bahawa ia mempunyai jisim 77 kali lebih besar daripada ^1/12 of ¹² C.

Mereka yang telah melihat unsur-unsur dalam jadual berkala akan melihat bahawa jumlahnya relatif dinyatakan. Mereka tidak mempunyai unit amu, dan ditafsirkan sebagai: besi mempunyai jisim atom 55,846, yang bermaksud bahawa jisimnya 55,846 kali lebih banyak daripada jisim 1/12 bahagian ¹² C, dan ia juga dapat dinyatakan sebagai 55,846 amu atau 55.846 g / mol.

Cara mengira jisim atom

Secara matematik, contoh cara menghitungnya diberikan dengan contoh unsur J. Secara umum, formula purata berwajaran mesti diaplikasikan, seperti:

P = Σ (jisim atom isotop) (kelimpahan dalam perpuluhan)

Maksudnya, dengan mempunyai massa atom (neutron + proton) dari setiap isotop (biasanya semula jadi) untuk elemen tertentu, serta kelimpahan terestrial masing-masing (atau apa sahaja wilayah yang dipertimbangkan), maka rata-rata berwajaran tersebut dapat dihitung.

Dan mengapa tidak hanya purata aritmetik? Sebagai contoh, jisim atom purata J ialah 87.2 amu. Sekiranya kita mengira jisim ini lagi tetapi secara aritmetik kita akan mempunyai:

Jisim purata (J) = (88 amu + 86 amu + 90 amu) / 3

= 88 pagi

Perhatikan bahawa terdapat perbezaan penting antara 88 dan 87.2. Ini kerana purata aritmetik menganggap bahawa kelimpahan semua isotop adalah sama; Oleh kerana terdapat tiga isotop J, masing-masing harus mempunyai kelimpahan 100/3 (33.33%). Tetapi ini sebenarnya tidak berlaku: terdapat banyak isotop yang lebih banyak daripada yang lain.

Itulah sebabnya mengapa purata wajaran dihitung, kerana ia mempertimbangkan seberapa banyak isotop sehubungan dengan isotop yang lain.

Contoh

Karbon

Untuk mengira jisim atom karbon purata, kita memerlukan isotop semula jadi dengan jumlah masing-masing. Bagi karbon, ini adalah: ¹² C (98,89%) dan ¹³ C (1,11%). Jisim atom relatif mereka masing-masing 12 dan 13, yang pada gilirannya sama dengan 12 amu dan 13 amu. Menyelesaikan:

Jisim atom purata (C) = (12 amu) (0.9889) + (13 amu) (0.0111)

= 12.0111 pagi

Oleh itu, jisim atom karbon rata-rata 12.01 amu. Oleh kerana terdapat jumlah jejak ¹⁴ C, ia hampir tidak berpengaruh pada rata-rata ini.

Natrium

Semua atom natrium terestrial terdiri daripada isotop ²³ Na, jadi jumlahnya 100%. Itulah sebabnya dalam pengiraan biasa jisimnya boleh dianggap hanya 23 amu atau 23 g / mol. Walau bagaimanapun, jisimnya tepat ialah 22.98976928 amu.

Oksigen

Tiga isotop oksigen dengan kelimpahan masing-masing adalah: ¹⁶ O (99,762%), ¹⁷ O (0,038%) dan ¹⁸ O (0,2%). Kami mempunyai segalanya untuk mengira jisim atom purata:

Jisim atom purata (O) = (16 amu) (0.99762) + (17 amu) (0.00038) + (18 amu) (0.002)

= 16.00438 pagi

Walaupun jisim tepat yang dilaporkan sebenarnya ialah 15.9994 amu.

Nitrogen

Mengulangi langkah yang sama dengan oksigen yang kita miliki: ¹⁴ N (99.634%) dan ¹⁵ N (0.366%). Jadi:

Jisim atom purata (N) = (14 amu) (0.99634) + (15 amu) (0.00366)

= 14.00366 pagi

Perhatikan bahawa jisim nitrogen yang dilaporkan adalah 14.0067 amu, sedikit lebih tinggi daripada yang kami kira.

Klorin

Isotop klorin dengan jumlahnya masing-masing adalah: ³⁵ Cl (75.77%) dan ³⁷ Cl (24.23%). Mengira jisim atom purata yang kita ada:

Jisim atom purata (Cl) = (35 amu) (0.7577) + (37 amu) (0.2423)

= 35.4846 amu

Sangat serupa dengan yang dilaporkan (35.453 amu).

Disprosium

Dan akhirnya, jisim purata unsur dengan banyak isotop semula jadi akan dikira: dysprosium. Ini dan jumlahnya masing-masing adalah: ¹⁵⁶ Dy (0,06%), ¹⁵⁸ Dy (0,10%), ¹⁶⁰ Dy (2,34%), ¹⁶¹ Dy (18,91%), ¹⁶² Dy (25,51 %), ¹⁶³ Dy (24.90%) dan ¹⁶⁴ Dy (28.18%).

Kami meneruskan seperti contoh sebelumnya untuk mengira jisim atom logam ini:

Jisim atom purata (Dy) = (156 amu) (0.0006%) + (158 amu) (0.0010) + (160 amu) (0.0234) + (161 amu) (0.1891) + (162 amu) (0.2551) + (163 amu) (0.2490) + (164 amu) (0.2818)

= 162.5691 amu

Jisim yang dilaporkan adalah 162,500 amu. Perhatikan bahawa purata ini antara 162 dan 163, kerana isotop ¹⁵⁶ Dy, ¹⁵⁸ Dy dan ¹⁶⁰ Dy sedikit banyak; sementara yang mendominasi ialah ¹⁶² Dy, ¹⁶³ Dy dan ¹⁶⁴ Dy.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
2. Wikipedia. (2019). Jisim atom. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Christopher Masi. (sf). Jisim Atom. Dipulihkan dari: wsc.mass.edu
4. Natalie Wolchover. (12 September 2017). Bagaimana Anda Menimbang Atom? Sains Langsung. Dipulihkan dari: livescience.com
5. LibreTexts Kimia. (05 Jun 2019). Mengira Jisim Atom. Dipulihkan dari: chem.libretexts.orgs
6. Edward Wichers dan H. Steffen Peiser. (15 Disember 2017). Berat atom. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com