Cách để Tính nguyên tử khối

Nguyên tử khối là tổng khổi lượng của các proton, nơ-tron và electron trong một nguyên tử hoặc phân tử.^{[1]XNguồn nghiên cứu} Tuy nhiên, khối lượng của electron thường được bỏ qua và không đưa vào công thức vì giá trị này rất nhỏ.^{[2]XNguồn nghiên cứu} Nguyên tử khối thường được sử dụng để chỉ khối lượng nguyên tử trung bình của tất cả các đồng vị của một nguyên tố, dù rằng việc sử dụng như vậy về mặt học thuật là không chính xác. Khối lượng nguyên tử trung bình thực ra là khối lượng nguyên tử tương đối, còn được gọi là trọng lượng nguyên tử, của một nguyên tố.^{[3]XNguồn nghiên cứu} Trọng lượng nguyên tử được xác định dựa trên khối lượng trung bình của các đồng vị tự nhiên của cùng một nguyên tố. Các nhà hóa học cần phân biệt hai dạng khối lượng nguyên tử này trong tính toán, bởi nếu lấy sai giá trị nguyên tử khối có thể dẫn đến sai số khi tính hiệu suất phản ứng.

Phương pháp 1

Phương pháp 1 của 3:

Tìm nguyên tử khối trên bảng tuần hoàn

Tải về bản PDF

1
Hiểu cách biểu diễn nguyên tử khối trên bảng tuần hoàn. Nguyên tử khối, tức khối lượng của một nguyên tử hay phân tử, có thể được biểu diễn theo đơn vị khối lượng chuẩn SI – gam, kilogam, v.v. Tuy nhiên, nguyên tử khối thường rất nhỏ nên chúng thường được biểu diễn theo một đơn vị khối lượng nguyên tử chung (thường viết tắt là "u" hay "amu"). Một đơn vị khối lượng nguyên tử chuẩn có giá trị bằng 1/12 khối lượng nguyên tử chuẩn của đồng vị cacbon-12.^{[4]XNguồn nghiên cứu}
- Đơn vị nguyên tử khối cho biết khối lượng của một mol của một nguyên tố hay phân tử tính theo gam. Vì thế, đây là một thuộc tính rất hữu dụng trong tính toán thực tế vì nhờ đó ta có thể dễ dàng chuyển đổi giữa khối lượng và số mol của một lượng nguyên tử hay phân tử nhất định ở cùng trạng thái.
2
Xác định vị trí nguyên tử khối trên bảng tuần hoàn. Hầu hết các bảng tuần hoàn chuẩn đều liệt kê nguyên tử khối tương đối của các nguyên tố. Thường thì nguyên tử khối được viết dưới dạng số ở bên dưới ký hiệu hóa học của nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Giá trị này thường được ghi ở dạng số thập phân chứ không ghi ở dạng một số nguyên.
- Cần lưu ý rằng nguyên tử khối tương đối nêu trong bảng tuần hoàn là giá trị khối lượng trung bình của nguyên tố đó. Các nguyên tố có nhiều đồng vị – đồng vị là các biến thể khác nhau của cùng một nguyên tố và mỗi đồng vị có một khối lượng khác nhau do chúng sẽ có nhiều hoặc ít hơn một tới một vài nơ-tron trong hạt nhân của nguyên tử.^{[5]XNguồn nghiên cứu} Do vậy, nguyên tử khối tương đối nêu trong bảng tuần hoàn chỉ thể hiện giá trị khối lượng trung bình các nguyên tử của một nguyên tố chứ không phải là khối lượng của một nguyên tử của nguyên tố đó.
- Nguyên tử khối tương đối, như được nêu trong bảng tuần hoàn, được sử dụng để tính khối lượng mol của các nguyên tử và phân tử. Về mặt kỹ thuật, nguyên tử khối, khi được biểu diễn theo đơn vị amu như nêu trong bảng tuần hoàn, không có đơn vị. Tuy nhiên, khi nhân nguyên tử khối với 1g/mol ta sẽ được một đại lượng có thể sử dụng được để tính khối lượng mol – khối lượng (tính bằng gam) của một mol nguyên tử chất - của một nguyên tố.
3
Cần hiểu rằng các giá trị trong bảng tuần hoàn là các giá trị nguyên tử khối trung bình của một nguyên tố. Như đã nêu ở trên, nguyên tử khối tương đối nêu trong bảng tuần hoàn là giá trị nguyên tử khối trung bình của tất cả các đồng vị. Giá trị trung bình này có ý nghĩa trong tính toán thực tiễn, ví dụ như tính khối lượng mol của một chất cấu thành bởi nhiều nguyên tử. Tuy nhiên, khi xét đến từng nguyên tử đơn lẻ, giá trị trung bình này thường không đủ.
- Vì đây là giá trị trung bình của nhiều đồng vị, do đó giá trị nêu trong bảng tuần hoàn không phải là giá trị khối lượng nguyên tử chính xác với một nguyên tử bất kỳ của nguyên tố đó.
- Nguyên tử khối của các nguyên tử đơn lẻ phải được tính bằng cách xét số lượng chính xác các proton và nơ-tron trong mỗi nguyên tử.
Quảng cáo

Phương pháp 2

Phương pháp 2 của 3:

Tính nguyên tử khối của một nguyên tử đơn lẻ

Tải về bản PDF

1
Tìm số hiệu nguyên tử của nguyên tố hoặc đồng vị. Số hiệu nguyên tử là số proton trong nguyên tử của một nguyên tố, giá trị này không bao giờ thay đổi.^{[6]XNguồn nghiên cứu} Ví dụ, tất cả các nguyên tử hidro, và chỉ hidro, đều có một proton. Natri có số hiệu nguyên tử là 11 vì hạt nhân của nó có 11 proton, trong khi đó, oxi có số hiệu nguyên tử là 8 vì hạt nhân của nguyên tử oxi có chứa 8 proton. Bạn có thể biết được số hiệu nguyên tử của các nguyên tố bằng cách xem bảng tuần hoàn – trong hầu hết các bảng tuần hoàn: số hiệu nguyên tử được viết trên ký hiệu hóa học của nguyên tố. Số này luôn luôn là một số nguyên dương.
- Xét nguyên tử cacbon. Cacbon luôn có 6 proton, do vậy số hiệu nguyên tử của cacbon là 6. Ta cũng có thể xem trong bảng tuần hoàn, ở ô của cacbon (C), ta có số "6" nằm trên kí hiệu hóa học (C), biểu thị rằng số hiệu nguyên tử của cacbon là sáu.
- Cần chú ý rằng số hiệu nguyên tử của một nguyên tố không ảnh hưởng trực tiếp đến nguyên tử khối tương đối được nêu trong bảng tuần hoàn. Dù có vẻ như nguyên tử khối của một chất gấp đôi số hiệu nguyên tử của chất đó, nhất là đối với các nguyên tố ở phía đầu của bảng tuần hoàn, tuy nhiên ta không thể tính nguyên tử khối bằng cách nhân đôi số hiệu nguyên tử.
2
Tìm số nơ-tron trong hạt nhân nguyên tử. Số nơ-tron trong hạt nhân có thể khác nhau giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố. Hai đồng vị của cùng một nguyên tố là hai nguyên tử có cùng số proton và khác số nơ-tron. Khác với số lượng không đổi trong số proton của một nguyên tố, số nơ-tron trong nguyên tử của một nguyên tố có thể thay đổi tới mức nguyên tử khối trung bình của nguyên tố cần được viết dưới dạng số thập phân.
- Số nơ-tron có thể được xác định dựa trên chỉ thị đồng vị của nguyên tố. Ví dụ, cacbon 14 là một đồng vị có sẵn trong tự nhiên của cacbon-12. Một đồng vị được chỉ thị bởi một số được viết phía trên kí hiệu nguyên tố: ¹⁴C. Số nơ-tron được tính bằng cách lấy số chỉ thị đồng vị trừ đi số proton: 14 – 6 = 8 proton.
- Giả sử ta đang xét một nguyên tử cacbon có 6 nơ-tron (¹²C). Đây là đồng vị thường gặp nhất của cacbon, chiếm khoảng 99% số lượng nguyên tử cacbon có mặt trong tự nhiên.^{[7]XNguồn nghiên cứu} Tuy nhiên, có 1% nguyên tử cacbon có chứa 7 nơ-tron (¹³C). Các dạng cacbon khác với nhiều hoặc ít hơn 6 hoặc 7 nơ-tron chỉ tồn tại với số lượng rất nhỏ.
3
Cộng tổng số proton và nơ-tron. Tổng thu được chính là nguyên tử khối của nguyên tử đó. Bạn không cần xét đến số electron xung quanh hạt nhân vì tổng khối lượng của các electron là rất rất nhỏ, nhỏ tới mức trong các phép tính thực tế, giá trị này không ảnh hưởng tới kết quả tính toán thu được.
- Nguyên tử cacbon có 6 proton + 6 nơ-tron = 12. Nguyên tử khối của cacbon dạng này là 12. Trái lại, nếu đấy là đồng vị cacbon-13 thì nguyên tử này sẽ có 6 proton + 7 nơ-tron = 13, trong trường hợp này khối lượng nguyên tử sẽ là 13.
- Khối lượng nguyên tử thực của cacbon-13 là 13,003355^{[8]XNguồn nghiên cứu}, giá trị này có độ chính xác cao hơn vì nó được xác định bằng thực nghiệm.
- Nguyên tử khối của một nguyên tố có giá trị rất gần với số chỉ thị đồng vị. Trong các tính toán đơn giản, ta có thể coi số chỉ thị đồng vị bằng với nguyên tử khối. Khi xác định bằng thực nghiệm, nguyên tử khối sẽ lớn hơn một chút so với số chỉ thị đồng vị do lúc này khối lượng rất nhỏ của các electron cũng được tính đến.
Quảng cáo

Phương pháp 3

Phương pháp 3 của 3:

Tính nguyên tử khối tương đối của một nguyên tố

Tải về bản PDF

1
Xác định dạng đồng vị có trong mẫu. Các nhà hóa học thường xác định tỉ lệ tương đối giữa các đồng vị trong một mẫu bằng cách sử dụng một công cụ đặc biệt là máy đo phổ khối. Tuy nhiên, đối với các bài toán hóa học cho học sinh sinh viên, thông tin này thường được cho trước trong đề thi hay đề bài dưới dạng các giá trị đã biết theo lý thuyết.
- Trong phạm vi bài này, giả sử ta đang xét tới đồng vị cacbon-12 và cacbon-13.
2
Xác định độ phong phú tương đối của mỗi đồng vị có trong mẫu. Độ phong phú của đồng vị thường được biểu diễn ở dạng phần trăm. Một số đồng vị rất phổ biến, trong khi số khác lại rất hiếm gặp trong tự nhiên – đôi khi hiếm tới mức rất khó xác định được. Thông tin này có thể được xác định bằng phương pháp khối phổ hoặc có thể tìm thấy trong các tài liệu tham khảo.
- Độ phong phú của cacbon-12 là 99% và độ phong phú của cacbon-13 là 1%. Các đồng vị khác của cacbon có tồn tại, tuy nhiên với lượng rất nhỏ, vì thế trong ví dụ này chúng ta có thể bỏ qua giá trị của chúng.
3
Nhân nguyên tử khối của mỗi đồng vị với tỉ lệ của chúng trong mẫu. Nhân nguyên tử khối của mỗi nguyên tố với độ phong phú tương ứng (ở dạng số thập phân). Để chuyển từ phần trăm sang số thập phân, ta chỉ cần lấy giá trị phần trăm chia cho 100. Tổng các số thập phân sau khi quy đổi này luôn có giá trị là 1.
- Trong ví dụ đang xét, mẫu có chứa cacbon-12 và cacbon-13. Nếu cacbon-12 chiếm 99% trong mẫu, cacbon-13 chiếm 1% trong mẫu, ta nhân 12 (nguyên tử khối của cacbon-12) với 0,99 và nhân 13 (nguyên tử khối của cacbon-13) với 0,01.
- Sách tham khảo có thể sẽ có thông tin về tỉ lệ phần trăm dựa vào lượng đã biết các đồng vị của một nguyên tố. Phần lớn các sách giáo khoa hóa học đều có một bảng số liệu này ở cuối sách. Máy đo khối phổ cũng có thể đưa ra kết quả về tỉ lệ các đồng vị trong mẫu thử.
4
Cộng kết quả. Lấy tổng các tích số thu được ở bước trên. Kết quả thu được chính là nguyên tử khối tương đối của nguyên tố đó – tức là giá trị trung bình của nguyên tử khối của các đồng vị của nguyên tố đó. Giá trị này được sử dụng khi thảo luận về một nguyên tố nói chung mà không đề cập đến một dạng đồng vị nhất định nào.
- Trong ví dụ đang xét, ta có 12 x 0,99 = 11,88 với cacbon-12 và 13 x 0,01 = 0,13 với cacbon-13. Vậy nguyên tử khối tương đối trong ví dụ này là 11,88 + 0,13 = 12,01.
Quảng cáo