كيفية حساب متوسط الكتلة الذرية

تنزيل المقال

تنزيل المقال

متوسط الكتلة الذرية ليس قياسًا مباشرًا لذرة واحدة، وإنما هو متوسط الكتلة لكل ذرة في عينة مأخوذة من عنصر معين. إذا كان بإمكانك قياس كتلة بلايين الذرات المنفردة، يمكنك حساب هذه القيمة بنفس الطريقة المتبعة لحساب أي متوسط. لحسن الحظ، يوجد طريقة عملية أكثر تعتمد على المعلومات المسجلة عن ندرة النظائر المختلفة.

الخطوات

جزء 1

جزء 1 من 2:

حساب متوسط الكتلة الذرية

تنزيل المقال

1. 
   1
   افهم النظائر والكتل الذرية. يمكن أن توجد معظم العناصر بصور متعددة في الطبيعة (ما يسمى بالنظائر). العدد الكتلي لكل من النظائر هو مجموع أعداد البروتونات والنيوترونات في النواة، حيث يزن كل بروتون ونيوترون وحدة كتل ذرية واحدة (amu). الفرق الوحيد بين نظيرين لنفس العنصر هو عدد النيوترونات في الذرة والذي يؤثر على كتلتها لكن عدد البروتونات في العنصر ثابتٌ دومًا.

   • يأخذ متوسط الكتلة الذرية للعنصر اختلاف عدد النيوترونات في الحسبان ويعطيك متوسط كتلة الذرة في عينة من ذلك العنصر.
   • يوجد مثلًا نظيران لعنصر الفضة (Ag) في الطبيعة وهما Ag-107 وAg-109 أو (¹⁰⁷Ag and ¹⁰⁹Ag). تسمى النظائر حسب "العدد الكتلي" أو مجموع البروتونات والنيوترونات في الذرة الواحدة. ما يعني أن Ag-109 يحتوي على نيوترونين إضافيين في الذرة مقارنة بالعنصر Ag-107 ما يجعل كتلته أكبر قليلًا.
2. 
   2
   اطلع على كتلة كل من النظائر. ستحتاج إلى معلومتين لكل نظير، ويمكنك الاطلاع عليهما في أحد المراجع أو المصادر المتاحة على الإنترنت مثل webelements.com، الأولى هي الكتلة الذرية أو كتلة الذرة لكل نظير. النظائر المحتوية على عدد أكبر من النيترونات أعلى في الكتلة.

   • الكتلة الذرية لنظير الفضة Ag-107 مثلًا تساوي "106.90509 amu" (وحدات الكتلة الذرية). النظير Ag-109 أثقل قليلًا وكتلته "108.90470".
   • قد تختلف الخانتان العشريتان الأخيرتان بين المصادر المختلفة، ولا تضع أي أرقام تجدها داخل الأقواس بعد الكتلة.
3. 
   3
   اكتب وفرة كل من النظائر. تعلمك الوفرة بدرجة شيوع النظير كنسبة مئوية لكل ذرات العنصر. تتناسب نسبة النظير مع وفرته (كلما زادت وفرة النظير زادت حصته في متوسط الكتلة الذرية) ويمكنك إيجادها في نفس المصدر الذي وجدت به الكتلة. يجب أن يكون مجموع كل نسب وفرة النظائر 100% (رغم أنها قد تختلف قليلًا نتيجة أخطاء التقريب).

   • وفرة النظير Ag-107 هي 51.86%، والنظير Ag-109 أقل شيوعًا حيث وفرته 48.14% ما يعني أن عينة من الفضة تتألف من نسبة 51.86% Ag-107 و48.14% Ag-109.
   • تجاهل أي نظائر لا تجد وفرتها مذكورة فلا توجد هذه النظائر في الطبيعة على الأرض.
4. 
   4
   حول نسب الوفرة إلى أرقام. اقسم نسبة الوفرة على 100 للحصول على نفس القيمة في صورة رقم عشري.

   • في مسألة العينة تبلغ الوفرة 51.86 / 100 = 0.5186 و48.14 / 100 = 0.4814.
5. 
   5
   جد المتوسط المرجح للكتلة الذرية للنظائر المستقرة. متوسط الكتلة الذرية لعنصر له عدد "n" من النظائر يساوي (mass_{isotope 1} * abundance_{isotope 1}) + (mass_{isotope 2} * abundance_{isotope 2}) + ... + (mass_{isotope n} * abundance_{isotope n}. هذا مثالٌ على "المتوسط المرجح" ما يعني أن الكتل الأكثر شيوعًا (الأكثر وفرة) تأثيرها في الناتج أكبر. إليك طريقة استخدام هذه المعادلة للفضة:

   • متوسط الكتلة الذرية _Ag = (mass_Ag-107 * abundance_Ag-107) + (mass_Ag-109 * abundance_Ag-109)
     =(106.90509 * 0.5186) + (108.90470 * 0.4814)
     = 55.4410 + 52.4267
     = 107.8677 amu.
   • اطلع على العنصر في الجدول الدوري للتحقق من إجابتك، عادة ما يكتب متوسط الكتلة الذرية تحت رمز العنصر.

جزء 2

جزء 2 من 2:

استخدام النتيجة

تنزيل المقال

1. 
   1
   حول الكتلة إلى عدد الذرات. يعلمك متوسط الكتلة الذرية بالعلاقة بين الكتلة وعدد الذرات في عينة من العنصر. هذا مفيدٌ في معامل الكيمياء إذ يستحيل تقريبًا معرفة عدد الذرات بشكل مباشر وإنما يسهِّل قياس الكتلة. يمكنك أن تزن عينة من الفضة مثلًا والتنبؤ بأن كل 107.8677 amu من الكتلة يحتوي على ذرة فضة وحيدة.
2. 
   2
   التحويل للكتلة الجزيئية. وحدات الكتلة الذرية صغيرة جدًا لذا يزن الكيميائيون العينات بالجرامات. لحسن الحظ وضعت هذه المفاهيم لتسهيل التحويل قدر الإمكان. اضرب متوسط الكتلة الذرية في 1جم/مول (ثابت الكتلة الجزيئية) للحصول على الإجابة بالجرام/مول. يحتوي 107.8677 جم من الفضة مثلًا على مول من ذرات الفضة في المتوسط.
3. 
   3
   جد متوسط الكتلة الجزيئية. الجزيء هو مجموعة من الذرات لذا يسعك جمع كتل الذرات لإيجاد كتلة الجزيء. إذا استخدمت متوسط الكتل الذرية (بدلًا من كتلة نظير بعينه) فستعطيك الإجابة متوسط كتلة الجزيء في عينة من الطبيعة. إليك مثال:

   • الصيغة الكيميائية لجزيء الماء هي H₂O لذا يحتوي على ذرتي هيدروجين (H) وذرة أكسجين (O).
   • متوسط الكتلة الذرية للهيدروجين هي 1.00794 amu بينما متوسط الكتلة الذرية للأكسجين 15.9994 amu.
   • متوسط كتلة جزئ H₂O تساوي (1.00794)(2) + 15.9994 = 18.01528 amu ما يعادل 18.01528 g/mol.

أفكار مفيدة

• يُستخدم مصطلح الكتلة الذرية النسبية أحيانًا كمرادف للكتلة الذرية المتوسطة، لكن هناك اختلافٌ طفيف إذ أن الكتلة الذرية النسبية لا وحدات لها فهي قياسٌ للكتلة بالنسبة لذرة كربون-12، لكن القيمتان متطابقتان عدديًا ما دمت تستخدم وحدات الكتلة الذرية في حساب الكتلة المتوسطة.
• تتسم العناصر المتأخرة في الجدول الدوري بأن متوسط كتلتها أعلى من العناصر التي تسبقها عدا استثناءات نادرة. هذه طريقة سريعة للتحقق مما إذا كانت إجابتك منطقية أم لا.
• تعرف وحدة الكتلة الذرية بأنها 1/12 من ذرة كربون-12.
• تعتمد وفرة النظائر على العينات الموجودة في الطبيعة. ربما تختلف نسب النظائر للعناصر غير المألوفة كالأحجار النيزكية أو العينات المخلقة في المختبر وبالتالي يختلف متوسط كتلتها الذرية.
• يعلمك الرقم الموضوع بين قوسين بعد الكتلة الذرية باللبس في الرقم الأخير. مثلًا تعني الكتلة الذرية 1.0173 (4) أن العينات تتباين في حدود 1.0173 ± 0.0004. ليس عليك أخذ هذا في الحسبان ما لم تتطلب المسألة ذلك.
• استخدم متوسط الكتلة الذرية عند حساب الكتلة للعناصر والمركبات.

تحذيرات

• تكتب الكتل الذرية دائمًا بوحدات الكتلة الذرية (u أو amu) وأحيانًا تسمى الدالتون (Da). لا تجمع أبدًا وحدات مختلفة للكتلة (كالكيلوجرام) دون تحويلها.

الأشياء التي ستحتاج إليها

• قلم رصاص
• ورق
• آلة حاسبة
• بيانات وفرة النظائر
• بيانات وحدة الكتلة الذرية للنظائر