2.6: Атомні ваги

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22889

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Наше обговорення атомної теорії показало, що маса є дуже важливою характеристикою атомів - вона не змінюється в міру протікання хімічних реакцій. Об'єм, з іншого боку, часто змінюється, оскільки атоми або молекули щільніше упаковуються в рідини та тверді речовини або стають більш широко відокремленими в газах, коли відбувається реакція. З того часу, як була вперше запропонована теорія Дальтона, хіміки усвідомили важливість мас атомів, і витратили багато часу і сил на експерименти, щоб визначити, наскільки важче один вид атома іншого.

Дальтон, наприклад, вивчав сполуку вуглецю та кисню, яку він назвав оксидом вуглецю. Він виявив, що 100-г проба містила 42,9 г С і 57,1 г О. У Далтона не було простих способів визначити мікроскопічну природу з'єднання, і тому він не знав складу молекул (а значить і формули) вуглекислого газу. Зіткнувшись з цією складністю, він зробив те, що зробили б більшість вчених — зробив найпростіші можливі припущення. Це полягало в тому, що молекули оксиду вуглецю містили мінімальну кількість атомів: один з вуглецю і один кисню. Оксид вуглецю був сполукою, яку ми зараз знаємо як чадний газ, СО, і тому в цьому випадку Далтон мав рацію. Однак помилкові припущення про формули для інших сполук призвели до піввікової плутанини щодо атомних ваг.

Так як формула СО, Дальтон стверджував, що відношення маси вуглецю до маси кисню в з'єднанні має бути таким же, як і відношення маси 1 атома вуглецю до маси 1 атома кисню:

\[\dfrac{\text{Mass of 1 C atom}}{\text{Mass of 1 O atom}}=\frac{\text{mass of C in CO}}{\text{mass of O in CO}}=\dfrac{\text{42}\text{.9 g}}{\text{57}\text{.1 g}}=\dfrac{\text{0}\text{.751}}{\text{1}}=\text{0.751}\label{1} \]

Іншими словами, маса атома вуглецю приблизно на три чверті (0,75) така ж велика, як маса атома кисню.

Зверніть увагу, що цей метод передбачає співвідношення мас і що одиниці грамів скасовують, даючи чисте число. Це число (0,751, або приблизно ¾) - відносна маса атома вуглецю порівняно з атомом кисню. Це нічого не говорить про реальні маси атомів вуглецю або кисню - лише те, що вуглець на три чверті важкий, як кисень.

Відносні маси атомів зазвичай називають атомними вагами. Їх значення знаходяться в Таблиці атомних ваг разом з іменами та символами елементів. Шкала атомної ваги спочатку базувалася на відносній масі 1 для найлегшого атома, водню. Оскільки були розроблені більш точні методи визначення атомної маси, було зручно переходити на кисень, а потім вуглець, але шкалу відрегулювали так, щоб відносна маса водню залишалася близькою до 1. Таким чином, атомна маса азоту 14,0067 говорить нам, що атом азоту має приблизно в 14 разів більшу масу атома водню.

Той факт, що атомні ваги є співвідношеннями мас і не мають одиниць, анітрохи не применшує їх корисності. Дуже легко визначити, наскільки важче один вид атома іншого.

Приклад\(\PageIndex{1}\): Mass of Mercury Atom

Використовуйте Таблицю атомних ваг, щоб показати, що маса атома ртуті в 2,510 рази перевищує масу атома брому.

Рішення

Фактичні маси атомів будуть в тій же пропорції, що і їх відносні маси. Атомна маса ртуті становить 200,59, а брому - 79,904. Тому

\[\frac{\text{Mass of a Hg atom}}{\text{Mass of a Br atom}}=\frac{\text{relative mass of a Hg atom}}{\text{relative mass of a Br atom}}=\frac{\text{200}\text{.59}}{\text{79}\text{0.904}}=\text{2.5104} \nonumber \]

або: Маса атома Hg = 2,5104\(\cdot\) Маса атома Br

Таблиця атомної ваги також дозволяє нам отримувати відносні маси молекул. Вони називаються молекулярними вагами і обчислюються шляхом підсумовування атомних ваг всіх атомів в молекулі.

Приклад\(\PageIndex{2}\): Mass Comparison

Наскільки важкою була б молекула броміду ртуті порівняно з одним атомом брому?

Рішення

Спочатку отримують відносну масу молекули Hg ₂ Br ₂ (молекулярна маса):

\[ \begin{align*} \text{2 Hg atoms: relative mass}= 2 \cdot200.59 &=& 401.18 \\ \text{2 Br atoms: relative mass}= 2 \cdot79.904 &=& 159.808 \\ \text{1 Hg2Br2 molecule: relative mass} &=& 560.99 \end{align*} \nonumber \]

Тому

\[\frac{\text{Mass of a Hg}_{\text{2}}\text{Br}_{\text{2}}\text{ molecule}}{\text{Mass of a Br atom}}=\dfrac{\text{560}\text{0.99}}{\text{79}\text{0.904}}=\text{7.0208} \nonumber \]

Молекула Hg ₂ _{Br 2} приблизно в 7 разів важче атома брому.