محتوى المقال
الكتلة الذرية.وخضع مفهوم هذه الكمية لتغيرات طويلة الأمد تبعا للتغير في مفهوم الذرات. ووفقا لنظرية دالتون (1803)، فإن جميع الذرات متشابهة عنصر كيميائيمتطابقة و الكتلة الذريةهو الرقم يساوي النسبةكتلتها إلى كتلة ذرة أحد العناصر القياسية. ومع ذلك، بحلول عام 1920 تقريبًا، أصبح من الواضح أن العناصر الموجودة في الطبيعة هي نوعان: بعضها عبارة عن ذرات متطابقة في الواقع، والبعض الآخر له ذرات نفس التهمةالنوى، ولكن كتل مختلفة. هذه الأنواع من الذرات كانت تسمى النظائر. وبالتالي فإن تعريف دالتون صالح فقط لعناصر النوع الأول. الكتلة الذرية لعنصر ممثل بعدة نظائر هي متوسط قيمة الأعداد الكتلية لجميع نظائره، مأخوذة كنسبة مئوية تتوافق مع وفرتها في الطبيعة.
في القرن 19 استخدم الكيميائيون الهيدروجين أو الأكسجين كمعيار لتحديد الكتل الذرية. وفي عام 1904، تم اعتماد 1/16 من متوسط كتلة ذرة الأكسجين الطبيعي (وحدة الأكسجين) كمعيار قياسي، وكان المقياس المقابل يسمى الكيميائي. تم إجراء التحديد الطيفي الشامل للكتل الذرية على أساس كتلة 1/16 من نظير 16O، وكان المقياس المقابل يسمى فيزيائي. في عشرينيات القرن العشرين، وجد أن الأكسجين الطبيعي يتكون من خليط من ثلاثة نظائر: 16O، 17O، و18O. وظهرت مشكلتان فيما يتعلق بهذا. أولاً، تبين أن الوفرة النسبية لنظائر الأكسجين الطبيعية تختلف قليلاً، مما يعني أن المقياس الكيميائي يعتمد على كمية ليست ثابتة مطلقة. ثانيا، حصل الفيزيائيون والكيميائيون معان مختلفةمشتقات الثوابت مثل الحجوم المولية وعدد أفوجادرو وما إلى ذلك. تم العثور على حل المشكلة في عام 1961، عندما تم أخذ 1/12 من كتلة نظير الكربون 12 درجة مئوية (وحدة الكربون) كوحدة كتلة ذرية (amu) . (1 amu، أو 1D (dalton)، في وحدات SI للكتلة هو 1.66057×10 -27 كجم.) يتكون الكربون الطبيعي أيضًا من نظيرين: 12 C - 99% و13 C - 1%، لكن القيم الجديدة من الكتل الذرية للعناصر ترتبط فقط بأولها. ونتيجة لذلك، تم الحصول على جدول عالمي للكتل الذرية النسبية. وتبين أيضًا أن نظير 12C مناسب للقياسات الفيزيائية.
طرق التحديد
يمكن تحديد الكتلة الذرية إما عن طريق الفيزيائية أو الطرق الكيميائية. تتميز الطرق الكيميائية بحقيقة أنها في إحدى المراحل لا تتضمن الذرات نفسها، بل مجموعاتها.
الطرق الكيميائية.
وبحسب النظرية الذرية فإن أعداد ذرات العناصر في المركبات ترتبط ببعضها البعض كأعداد صحيحة صغيرة (قانون النسب المتعددة الذي اكتشفه دالتون). لذلك، بالنسبة لمركب معروف التركيب، من الممكن تحديد كتلة أحد العناصر، بمعرفة كتل العناصر الأخرى. في بعض الحالات، يمكن قياس كتلة المركب بشكل مباشر، ولكن يتم العثور عليها عادة بطرق غير مباشرة. دعونا نفكر في كلا النهجين.
تم تحديد الكتلة الذرية لـ Al مؤخرًا بالطريقة الآتية. تم تحويل الكميات المعروفة من Al إلى نترات أو كبريتات أو هيدروكسيد ثم تم تحميصها إلى ألومينا (Al 2 O 3 ) والتي تم قياس كميتها بدقة. من النسبة بين الكتلتين المعلومتين إلى الكتلة الذرية للألمنيوم والأكسجين (15.9)
وجدت الكتلة الذرية لآل. ومع ذلك، فإن المقارنة المباشرة مع الكتلة الذرية للأكسجين يمكن أن تحدد الكتل الذرية لعدد قليل من العناصر فقط. بالنسبة لمعظم العناصر، تم تحديدها بشكل غير مباشر عن طريق تحليل الكلوريدات والبروميدات. أولاً يمكن الحصول على هذه المركبات للعديد من العناصر شكل نقيثانيًا، بالنسبة لتحديداتهم الكمية الدقيقة، يمتلك الكيميائيون جهازًا حساسًا تحت تصرفهم المنهج التحليلي، بناءً على مقارنة كتلتها بكتلة الفضة. للقيام بذلك، حدد بدقة كتلة المركبات التي تم تحليلها وكتلة الفضة المطلوبة للتفاعل معها. يتم حساب الكتلة الذرية للعنصر المطلوب على أساس الكتلة الذرية للفضة - القيمة المرجعية في مثل هذه التعريفات. تم تحديد الكتلة الذرية للفضة (107.870) بوحدات الكربون بطريقة كيميائية غير مباشرة.
الطرق الفيزيائية.
في منتصف القرن العشرين لم تكن هناك سوى طريقة فيزيائية واحدة لتحديد الكتل الذرية، وهناك أربعة منها هي الأكثر استخدامًا اليوم.
كثافة الغاز.
اعتمدت الطريقة الفيزيائية الأولى على تحديد كثافة الغاز وعلى حقيقة أنه وفقًا لقانون أفوجادرو، تحتوي الأحجام المتساوية من الغازات عند نفس درجة الحرارة والضغط على نفس العدد من الجزيئات. لذلك، إذا كان حجم معين من ثاني أكسيد الكربون النقي له كتلة أكبر بمقدار 1.3753 من نفس الحجم من الأكسجين في ظل نفس الظروف، فيجب أن يكون جزيء ثاني أكسيد الكربون أثقل بمقدار 1.3753 مرة من جزيء الأكسجين (كتلة مول O 2 \u003d 31.998) ، أي. كتلة جزيء ثاني أكسيد الكربون على المقياس الكيميائي هي 44.008. إذا طرحنا من هذه القيمة كتلة ذرتي أكسجين تساوي 31.998، نحصل على الكتلة الذرية للكربون - 12.01. للحصول على قيمة أكثر دقة، يجب إدخال عدد من التصحيحات، مما يعقد هذه الطريقة. ومع ذلك، بمساعدتها، تم الحصول على بعض البيانات القيمة للغاية. لذلك، بعد اكتشاف الغازات النبيلة (He، Ne، Ar، Kr، Xe)، تبين أن الطريقة المعتمدة على قياس الكثافة هي الطريقة الوحيدة المناسبة لتحديد كتلتها الذرية.
التحليل الطيفي الشامل.
بعد فترة وجيزة من الحرب العالمية الأولى، أنشأ ف. أستون أول مطياف الكتلة ل التعريف الدقيقالأعداد الجماعية للنظائر المختلفة وبالتالي اكتشافها عهد جديدفي تاريخ تحديد الكتل الذرية. اليوم، هناك نوعان رئيسيان من أجهزة قياس الطيف الكتلي: أجهزة قياس الطيف الكتلي وأجهزة قياس الطيف الكتلي (الأخير هو، على سبيل المثال، أداة أستون). تم تصميم مطياف الكتلة لدراسة سلوك تدفق الذرات أو الجزيئات المشحونة كهربائيًا في مجال مغناطيسي قوي. ويتناسب انحراف الجسيمات المشحونة في هذا المجال مع نسبة كتلتها إلى شحنتها، ويتم تسجيلها كخطوط على لوحة فوتوغرافية. ومن خلال مقارنة مواضع الخطوط المقابلة لجسيمات معينة مع موضع الخط لعنصر ذي كتلة ذرية معروفة، يمكن تحديد الكتلة الذرية للعنصر المطلوب بدقة كافية. من الأمثلة الجيدة على هذه الطريقة مقارنة كتلة جزيء CH 4 (الميثان) مع العدد الكتلي لأخف نظائر الأكسجين، 16O. يتم إدخال أيونات الميثان المشحونة بالتساوي و16O في نفس الوقت إلى غرفة مطياف الكتلة و يتم تسجيل موقعهم على لوحة التصوير الفوتوغرافي. يتوافق الاختلاف في موضع خطوطهم مع فرق كتلة قدره 0.036406 (على المقياس المادي). وهذه دقة أعلى بكثير مما يمكن أن توفره أي طريقة كيميائية.
إذا كان العنصر قيد الدراسة ليس له نظائر، فإن تحديد كتلته الذرية ليس بالأمر الصعب. بخلاف ذلك، من الضروري تحديد ليس فقط كتلة كل نظير، ولكن أيضًا محتواها النسبي في الخليط. ولا يمكن تحديد هذه القيمة بدقة كافية، مما يحد من استخدام الطريقة الطيفية الكتلية لإيجاد الكتل الذرية للعناصر النظائرية، وخاصة الثقيلة منها. في الآونة الأخيرة، باستخدام قياس الطيف الكتلي، أصبح من الممكن تحديد الوفرة النسبية بدقة عالية لنظائري الفضة، 107 Ag و109 Ag. تم إجراء القياسات في المكتب الوطني الأمريكي للمعايير. وباستخدام هذه البيانات الجديدة والقياسات السابقة لكتل نظائر الفضة، تم تحسين الكتلة الذرية للفضة الطبيعية. الآن تعتبر هذه القيمة مساوية لـ 107.8731 (المقياس الكيميائي).
التفاعلات النووية.
يمكن استخدام علاقة أينشتاين بين الكتلة والطاقة لتحديد الكتل الذرية لعناصر معينة. خذ بعين الاعتبار تفاعل قصف نواة 14 N بنواة الديوتيريوم السريعة مع تكوين نظير 15 N والهيدروجين العادي 1 H:
14 ن + 2 ح = 15 ن + 1 ح + س
ونتيجة للتفاعل، يتم إطلاق الطاقة س\u003d 8615000 فولت، والتي وفقًا لمعادلة أينشتاين تعادل 0.00948 صباحًا. وهذا يعني أن كتلة 14 N + 2 H تتجاوز كتلة 15 N + 1 H بمقدار 0.00948 amu، وإذا عرفنا العدد الكتلي لأي ثلاثة نظائر مشاركة في التفاعل، فيمكننا إيجاد كتلة الرابع. تتيح هذه الطريقة تحديد الفرق بين الأعداد الكتلية لنظيرين بدقة أكبر من الطريقة الطيفية الكتلية.
التصوير الشعاعي.
يمكن استخدام هذه الطريقة الفيزيائية لتحديد الكتل الذرية للمواد التي تشكل شبكة بلورية منتظمة في درجات الحرارة العادية. تعتمد الطريقة على العلاقة بين الكتلة الذرية (أو الجزيئية) للمادة البلورية وكثافتها وعدد أفوجادرو ومعامل معين يتم تحديده من المسافات بين الذرات في الشبكة البلورية. من الضروري إجراء قياسات دقيقة لكميتين: ثابت الشبكة بطرق الأشعة السينية والكثافة بواسطة قياس التقلب. يقتصر تطبيق الطريقة على صعوبات الحصول على بلورات نقية مثالية (بدون شواغر وعيوب من أي نوع).
صقل الكتل الذرية.
جميع قياسات الكتل الذرية التي أجريت منذ أكثر من 20 عامًا تم إجراؤها بالطرق الكيميائية أو بطريقة تعتمد على تحديد كثافة الغازات. في الآونة الأخيرة، تتزامن البيانات التي تم الحصول عليها عن طريق طرق قياس الطيف الكتلي والنظائري مع دقة عالية لدرجة أن اللجنة الدولية للكتل الذرية قررت تصحيح الكتل الذرية لـ 36 عنصرًا، 18 منها ليس لها نظائر.
أنظر أيضا
>> كتلة الذرة. الكتلة الذرية النسبية
كتلة الذرة . الكتلة الذرية النسبية
ستساعدك مادة الفقرة على معرفة:
> ما الفرق بين كتلة الذرة وكتلة النسبية الكتلة الذرية ;
> لماذا من الملائم استخدام الكتل الذرية النسبية؟
> أين يمكن العثور على قيمة الكتلة الذرية النسبية لعنصر ما.
هذا مثير للاهتمام
تبلغ كتلة الإلكترون حوالي 910 -28 جم.
كتلة الذرة .
من الخصائص المهمة للذرة كتلتها. تتركز كل كتلة الذرة تقريبًا في النواة. تمتلك الإلكترونات كتلة صغيرة جدًا بحيث يتم إهمالها عادةً.
مقارنة بـ 1/12 - كتلة ذرة الكربون (وهي أثقل بحوالي 12 مرة من ذرة الهيدروجين). هذه الكتلة الصغيرة كانت تسمى وحدة الكتلة الذرية (مختصرة بـ a. e. m.):
1 أ. م \u003d 1 / 12 م أ (ج) \u003d 1/12 1.994 10 -23 جم \u003d 1.662 10 -24 جم.
تتطابق كتلة ذرة الهيدروجين تقريبًا مع وحدة الكتلة الذرية: m a (H) ~ 1a. م: كتلة ذرة أورانوس أكبر منها
إنه
م أ (ش) ~ 238 أ. يأكل.
الرقم الذي يتم الحصول عليه عن طريق قسمة كتلة ذرة عنصر ما على وحدة الكتلة الذرية يسمى الكتلة الذرية النسبية للعنصر. تتم الإشارة إلى هذه القيمة بواسطة A r (E):
الفهرس الموجود بالقرب من الحرف A هو الحرف الأول فيه كلمة لاتينيةنسبي - نسبي.
توضح الكتلة الذرية النسبية لعنصر ما عدد مرات كتلة الذرة عنصرأكثر من 1/12 كتلة ذرة الكربون.
م أ (ح) \u003d 1.673 10 -2 4 جم
م أ (ح) \u003d 1 أ. يأكل.
أ ص (ح) = 1
الكتلة الذرية النسبية للعنصر ليس لها بعد.
تم تجميع الجدول الأول للكتل الذرية النسبية منذ ما يقرب من 200 عام من قبل العالم الإنجليزي ج. دالتون.
استنادا إلى المواد المقدمة، يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية:
تتناسب الكتل الذرية النسبية مع كتل الذرات؛
نسب كتل الذرات هي نفس نسب الكتل الذرية النسبية.
تتم كتابة قيم الكتل الذرية النسبية للعناصر الكيميائية النظام الدوري .
جون دالتون (1766- 1844)
اللغة الإنجليزية المتميزة فيزيائيوكيميائي. عضو الجمعية الملكية بلندن (الأكاديمية الإنجليزية للعلوم). وكان أول من طرح فرضية حول اختلاف كتل وأحجام الذرات، وحدد الكتل الذرية النسبية للعديد من العناصر وقام بتجميع الجدول الأول لقيمها (1803). واقترح رموز العناصر وتسميات المركبات الكيميائية.
بعد أن أجرى أكثر من 200000 ملاحظة جوية، ودرس تكوين الهواء وخصائصه، اكتشف قوانين الضغوط الجزئية (الجزئية) غازات(1801)، التمدد الحراري للغازات (1802)، ذوبان الغازات في السوائل (1803).
أرز. 35. خلية عنصر أورانوس
ويتم تحديدها بدقة عالية جدًا؛ تتكون الأرقام المقابلة في الغالب من خمسة وستة أرقام (الشكل 35).
في الحسابات الكيميائية التقليدية، عادة ما يتم تقريب قيم الكتل الذرية النسبية إلى أعداد صحيحة. لذلك، بالنسبة للهيدروجين وأورانوس
ع (ح) = 1.0079 ~ 1؛
أ ص (U) = 238.029 ~ 238.
يتم تقريب قيمة الكتلة الذرية النسبية للكلور فقط إلى أعشار:
أ ص (الكلور) = 35.453 ~ 35.5.
تجد في النظام الدوريالكتل الذرية النسبية لليثيوم والكربون والأكسجين والنيون وتقريبها إلى أعداد صحيحة.
بكم مرة تكون كتلة ذرات الكربون والأكسجين والنيون والمغنيسيوم أكبر من كتلة ذرة الهيليوم؟ لإجراء الحسابات، استخدم الكتل الذرية النسبية المستديرة.
ملحوظة: العناصر مرتبة في الجدول الدوري تصاعديا حسب كتلها الذرية.
الاستنتاجات
الذرات لها كتلة صغيرة للغاية.
لراحة الحسابات نستخدم الجماهير النسبيةالذرات.
الكتلة الذرية النسبية لعنصر ما هي نسبة كتلة ذرة العنصر إلى كتلة ذرة الكربون.
يشار إلى قيم الكتل الذرية النسبية في النظام الدوري للعناصر الكيميائية.
?
48. ما الفرق بين مفهومي "الكتلة الذرية" والكتلة الذرية النسبية"؟
49. ما هي وحدة الكتلة الذرية؟
50. ماذا تعني الإدخالات A r و A r؟
51. أي ذرة أخف - الكربون أم التيتانيوم؟ كم مرة؟
52. ما هو الشيء الذي له كتلة كبيرة : ذرة فلور أو ذرتان ليثيوم . ذرتين مغنيسيوم أم ثلاث ذرات كبريت؟
53. ابحث في النظام الدوري عن ثلاثة أو أربعة أزواج من العناصر، نسبة كتل ذراتها هي: أ) 1: 2؛ ب) 1: 3.
54. احسب الكتلة الذرية النسبية للهيليوم إذا كانت كتلة ذرة هذا العنصر هي 6.647 - 10 -24 جم.
55. احسب كتلة ذرة البريليوم.
Popel P. P.، Kriklya L. S.، الكيمياء: Pdruch. لمدة 7 خلايا. zahalnosvit. الملاحة. zakl. - ك: مركز المعارض "الأكاديمية"، 2008. - 136 ص: إيل.
محتوى الدرس ملخص الدرس ودعم إطار عرض الدرس التقنيات التفاعلية لتسريع أساليب التدريس يمارس اختبارات واختبار المهام عبر الإنترنت وتمارين ورش العمل المنزلية والأسئلة التدريبية للمناقشات الصفية الرسوم التوضيحية المواد المرئية والصوتية الصور، الصور الرسومية، الجداول، المخططات المصورة، الأمثال، الأمثال، الكلمات المتقاطعة، الحكايات، النكت، الاقتباسات الإضافات ملخصات، أوراق الغش، رقائق للمقالات الفضولية (MAN)، الأدب الرئيسي والإضافي للمصطلحات تحسين الكتب المدرسية والدروس تصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسي واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين خطط التقويمالتوصيات المنهجية للمناهجالذرات جدا حجم صغيروكتلة صغيرة جدًا. فإذا عبرنا عن كتلة ذرة أي عنصر كيميائي بالجرام، فسيكون هذا رقمًا يسبقه أكثر من عشرين صفرًا بعد العلامة العشرية. لذلك، من غير المناسب قياس كتلة الذرات بالجرام.
ومع ذلك، إذا اعتبرنا أي كتلة صغيرة جدًا كوحدة، فيمكن التعبير عن جميع الكتل الصغيرة الأخرى كنسبة إلى هذه الوحدة. تم اختيار 1/12 من كتلة ذرة الكربون كوحدة لقياس كتلة الذرة.
يسمى 1/12 من كتلة ذرة الكربون وحدة كتلة ذرية(أ.م).
الكتلة الذرية النسبيةهي قيمة تساوي نسبة الكتلة الحقيقية لذرة عنصر كيميائي معين إلى 1/12 من الكتلة الحقيقية لذرة الكربون. هذه كمية لا أبعاد لها، حيث أن كتلتين مقسمتان.
أ ص = م في. / (1/12)م قوس.
لكن الكتلة الذرية المطلقةنسبي في القيمة وله الوحدة a.u.m.
أي أن الكتلة الذرية النسبية توضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة ذرة معينة أكبر من 1/12 من ذرة الكربون. إذا كانت ذرة A لها r = 12، فإن كتلتها أكبر 12 مرة من كتلة ذرة الكربون، أو بمعنى آخر، تحتوي على 12 وحدة كتلة ذرية. وهذا يمكن أن يحدث فقط للكربون نفسه (C). ذرة الهيدروجين (H) لها Ar = 1. وهذا يعني أن كتلتها تساوي كتلة 1/12 من كتلة ذرة الكربون. الأكسجين (O) له كتلة ذرية نسبية تبلغ 16 amu. وهذا يعني أن كتلة ذرة الأكسجين أكبر بـ 16 مرة من 1/12 من ذرة الكربون، ولديها 16 وحدة كتلة ذرية.
أخف العناصر هو الهيدروجين . كتلته تساوي تقريبًا 1 amu. أثقل الذرات لها كتلة تقترب من 300 amu.
عادةً ما تكون قيمته لكل عنصر كيميائي هي الكتلة المطلقة للذرات، معبرًا عنها بـ a. يتم تقريب e.m.
يتم تسجيل قيمة وحدات الكتلة الذرية في الجدول الدوري.
بالنسبة للجزيئات، يتم استخدام هذا المفهوم الوزن الجزيئي النسبي (السيد). يوضح الوزن الجزيئي النسبي عدد المرات التي تكون فيها كتلة الجزيء أكبر من 1/12 من كتلة ذرة الكربون. ولكن بما أن كتلة الجزيء تساوي مجموع كتل الذرات المكونة له، فيمكن العثور على الكتلة الجزيئية النسبية ببساطة عن طريق إضافة الكتل النسبية لهذه الذرات. على سبيل المثال، جزيء الماء (H 2 O) يحتوي على ذرتي هيدروجين مع Ar = 1 وذرة أكسجين واحدة مع Ar = 16. لذلك، Mr(H 2 O) = 18.
هناك عدد من المواد التي لها بنية غير جزيئية، مثل المعادن. وفي مثل هذه الحالة يعتبر وزنها الجزيئي النسبي مساويا لوزنها الذري النسبي.
في الكيمياء تسمى كمية مهمة الجزء الكتلي من العنصر الكيميائيفي جزيء أو مادة. ويوضح أي جزء من الوزن الجزيئي النسبي يمثله عنصر معين. على سبيل المثال، في الماء، يمثل الهيدروجين حصتين (نظرًا لوجود ذرتين)، والأكسجين يمثل 16 حصة. أي أنه إذا قمت بخلط الهيدروجين بكتلة 1 كجم والأكسجين بكتلة 8 كجم، فسوف يتفاعلان بدون بقايا. الجزء الكتلي للهيدروجين هو 2/18 = 1/9، والجزء الكتلي للأكسجين هو 16/18 = 8/9.
(1766-1844) أظهر للطلاب في محاضراته نماذج للذرات المنحوتة من الخشب، موضحًا كيف يمكن أن تتحد لتكوين مواد مختلفة. عندما سئل أحد الطلاب ما هي الذرات، أجاب: "الذرات ملونة ألوان مختلفةالمكعبات الخشبية التي اخترعها السيد دالتون."
بالطبع، أصبح دالتون مشهورا ليس بسبب "مكعباته" ولا حتى لأنه أصبح مدرسا في سن الثانية عشرة. ويرتبط ظهور النظرية الذرية الحديثة باسم دالتون. ولأول مرة في تاريخ العلم فكر في إمكانية قياس كتل الذرات واقترح ذلك طرق محددة. ومن الواضح أنه من المستحيل وزن الذرات بشكل مباشر. تحدث دالتون فقط عن "نسبة أوزان أصغر جزيئات الأجسام الغازية والأجسام الأخرى"، أي عن كتلتها النسبية. وحتى اليوم، على الرغم من أن كتلة أي ذرة معروفة بدقة، إلا أنه لا يتم التعبير عنها أبدًا بالجرام، لأن هذا غير مريح للغاية. على سبيل المثال، كتلة ذرة اليورانيوم - وهو أثقل العناصر الموجودة على الأرض - تبلغ 3.952 10 -22 جم فقط، ولذلك يتم التعبير عن كتلة الذرات بوحدات نسبية، توضح عدد مرات كتلة ذرات عنصر ما. عنصر معين أكبر من كتلة ذرات عنصر آخر مأخوذ كمعيار. في الواقع، هذه هي "نسبة الوزن" بحسب دالتون، أي. الكتلة الذرية النسبية.
كوحدة للكتلة، أخذ دالتون كتلة ذرة الهيدروجين، ولإيجاد كتل الذرات الأخرى، استخدم النسبة المئوية لتركيبات مركبات الهيدروجين المختلفة مع العناصر الأخرى التي اكتشفها باحثون مختلفون. لذلك، وفقا لافوازييه، يحتوي الماء على 15٪ هيدروجين و 85٪ أكسجين. من هنا، وجد دالتون الكتلة الذرية النسبية للأكسجين - 5.67 (بافتراض وجود ذرة أكسجين واحدة في الماء لكل ذرة هيدروجين). وفقًا للكيميائي الإنجليزي ويليام أوستن (1754–1793) حول تركيب الأمونيا (80% نيتروجين و20% هيدروجين)، حدد دالتون الكتلة الذرية النسبية للنيتروجين بأنها 4 (بافتراض وجود عدد متساوٍ من ذرات الهيدروجين والنيتروجين في هذا المركب). ومن تحليل بعض الهيدروكربونات، حدد دالتون قيمة 4.4 للكربون. في عام 1803، قام دالتون بتجميع أول جدول في العالم للكتل الذرية النسبية لعناصر معينة. في المستقبل، خضع هذا الجدول لتغييرات قوية جدًا؛ حدثت أهمها خلال حياة دالتون، كما يتبين من الجدول التالي، الذي يوضح بيانات من الكتب المدرسية المنشورة في سنوات مختلفةوكذلك في المنشور الرسمي لـ IUPAC - الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية.
بادئ ذي بدء، تجذب كتل دالتون الذرية غير العادية الانتباه: فهي تختلف عدة مرات عن تلك الحديثة! هذا ينتمى الى سببين. الأول هو عدم دقة التجربة في نهاية القرن الثامن عشر وبداية القرن التاسع عشر. عندما حدد جاي لوساك وهومبولت تركيبة الماء (12.6% H و87.4% O)، غيّر دالتون قيمة الكتلة الذرية للأكسجين، فجعلها تساوي 7 (وفقًا للبيانات الحديثة، يحتوي الماء على 11.1% هيدروجين). ومع تحسين طرق القياس، تم أيضًا تحسين الكتل الذرية للعديد من العناصر الأخرى. وفي الوقت نفسه، تم اختيار الهيدروجين أولاً كوحدة لقياس الكتل الذرية، ثم الأكسجين، والآن الكربون.
السبب الثاني هو أكثر خطورة. لم يكن دالتون يعرف نسبة ذرات العناصر المختلفة في المركبات المختلفة، لذلك قبل أبسط فرضية وهي النسبة 1:1. اعتقد العديد من الكيميائيين ذلك حتى تم ترسيخهم وقبولهم من قبل الكيميائيين. الصيغ الصحيحةلتركيب الماء (H2O) والأمونيا (NH3) والعديد من المركبات الأخرى. لإنشاء الصيغ المواد الغازيةتم استخدام قانون أفوجادرو، الذي يسمح بتحديد الوزن الجزيئي النسبي للمواد. أما بالنسبة للمواد السائلة والصلبة فقد تم استخدام طرق أخرى ( سم. تعريف الوزن الجزيئي). وكان من السهل بشكل خاص إنشاء صيغ لمركبات العناصر ذات التكافؤ المتغير، على سبيل المثال، كلوريد الحديديك. وكانت الكتلة الذرية النسبية للكلور معروفة بالفعل من خلال تحليل عدد من مركباته الغازية. الآن، إذا افترضنا أن عدد ذرات المعدن والكلور في كلوريد الحديد هو نفسه، فإن الكتلة الذرية النسبية للحديد لكلوريد كانت 27.92، وللآخر - 18.62. ومن هذا يتبع ذلك صيغ الكلوريدات FeCl 2 و FeCl 3 و أص (الحديد) = 55.85 (متوسط تحليلين). الاحتمال الثاني هو الصيغ FeCl 4 و FeCl 6 و أ r (Fe) = 111.7 - تم استبعاده على أنه غير محتمل. ساعدت الكتل الذرية النسبية للمواد الصلبة في إيجاد القاعدة التجريبية التي صاغها العالمان الفرنسيان بي آي دولونج وأيه تي بيتي عام 1819: حاصل ضرب الكتلة الذرية والسعة الحرارية هو قيمة ثابتة. تم تنفيذ قاعدة Dulong-Petit جيدًا بشكل خاص بالنسبة للمعادن، والتي سمحت، على سبيل المثال، لبيرسيليوس بتوضيح وتصحيح الكتل الذرية لبعضها.
عند النظر في الكتل الذرية النسبية للعناصر الكيميائية الواردة في الجدول الدوري، يمكن للمرء أن يلاحظ أنه بالنسبة للعناصر المختلفة يتم تقديمها بدقة مختلفة. على سبيل المثال، للليثيوم - من 4 شخصيات مهمة، للكبريت والكربون - من 5، للهيدروجين - من 6، للهيليوم والنيتروجين - من 7، للفلور - من 8. لماذا هذا الظلم؟
اتضح أن الدقة التي يتم بها تحديد الكتلة الذرية النسبية لعنصر معين لا تعتمد كثيرًا على دقة القياسات، بل على العوامل "الطبيعية" التي لا تعتمد على الشخص. وترتبط بتغير التركيب النظائري لعنصر معين: في عينات مختلفة، نسبة النظائر ليست هي نفسها تمامًا. على سبيل المثال، عندما يتبخر الماء، تتشكل الجزيئات ذات النظائر الخفيفة ( سم. العناصر الكيميائية) تمر الهيدروجين إلى الطور الغازي بشكل أسرع قليلاً من جزيئات الماء الثقيل التي تحتوي على نظيرين H. ونتيجة لذلك، يكون نظير 2H في بخار الماء أقل قليلاً منه في الماء السائل. تشترك العديد من الكائنات الحية أيضًا في نظائر العناصر الخفيفة (بالنسبة لها، يكون الاختلاف في الكتل أكثر أهمية من الفرق في العناصر الثقيلة). لذلك، أثناء عملية التمثيل الضوئي، تفضل النباتات النظير الخفيف 12C. لذلك، في الكائنات الحية، وكذلك النفط والفحم المشتق منها، يتم تقليل محتوى النظير الثقيل 13C، وفي ثاني أكسيد الكربون والكربونات المتكونة منه، بل على العكس من ذلك فهو متزايد. تتراكم الكائنات الحية الدقيقة المختزلة للكبريتات أيضًا النظير الخفيف 32S، لذا فهو أكثر وفرة في الكبريتات الرسوبية. وفي "البقايا" التي لا تستوعبها البكتيريا، تكون نسبة النظير الثقيل 34S أكبر. (بالمناسبة، من خلال تحليل نسبة نظائر الكبريت، يمكن للجيولوجيين التمييز بين المصدر الرسوبي للكبريت والمصدر المنصهر. وبنسبة 12 نظائر C و13 C، يمكن للمرء أن يميز أيضًا علبة سكرمن الشمندر!)
لذلك، بالنسبة للعديد من العناصر، ليس من المنطقي إعطاء قيم دقيقة جدًا للكتل الذرية، لأنها تختلف قليلاً من عينة إلى أخرى. من خلال الدقة التي يتم بها إعطاء الكتل الذرية، يمكن للمرء أن يعرف على الفور ما إذا كان "فصل النظائر" لعنصر معين يحدث في الطبيعة وبأي كمية. لكن، على سبيل المثال، بالنسبة للفلور، يتم تحديد الكتلة الذرية بدقة عالية جدًا؛ وهذا يعني أن الكتلة الذرية للفلور في أي منها مصدر ارضيثابت. وهذا ليس مفاجئًا: فالفلور ينتمي إلى ما يسمى بالعناصر الوحيدة، والتي يتم تمثيلها في الطبيعة بنويدة واحدة.
في الجدول الدوري، توجد كتل بعض العناصر بين قوسين. ينطبق هذا بشكل أساسي على الأكتينيدات، التي تأتي بعد اليورانيوم (ما يسمى بعناصر ما بعد اليورانيوم)، وعلى العناصر الأثقل في الفترة السابعة، وكذلك على عدد قليل من العناصر الأخف؛ من بينها التكنيتيوم، البروميثيوم، البولونيوم، الأستاتين، الرادون، الفرانسيوم. إذا قارنا جداول العناصر المطبوعة في سنوات مختلفة، يتبين أن هذه الأرقام تتغير من وقت لآخر، وأحيانا لبضع سنوات فقط. وترد بعض الأمثلة في الجدول.
سبب التغييرات في الجداول هو أن العناصر المشار إليها مشعة، ولا تحتوي على نظير واحد مستقر. في مثل هذه الحالات، من المعتاد إعطاء إما الكتلة الذرية النسبية للنويدة الأطول عمرا (على سبيل المثال، الراديوم) أو الأعداد الكتلية؛ وترد الأخيرة بين قوسين. عندما يفتحون واحدة جديدة العنصر المشع، في البداية يتم الحصول على واحد فقط من نظائره العديدة - نويدات محددة تحتوي على عدد معين من النيوترونات. بناءً على المفاهيم النظرية، فضلاً عن الاحتمالات التجريبية، يحاولون الحصول على نواة لعنصر جديد بعمر كافٍ (من الأسهل العمل مع مثل هذه النويدة)، لكن هذا لم يكن ممكنًا دائمًا "في الجولة الأولى". كقاعدة عامة، في مزيد من الدراسات، اتضح أن النويدات الجديدة ذات العمر الأطول موجودة ويمكن تصنيعها، ومن ثم كان لا بد من استبدال الرقم الذي تم إدخاله في الجدول الدوري لعناصر D. I. Mendeleev. دعونا نقارن الأعداد الكتلية لبعض اليورانيوم الفوقي، وكذلك البروميثيوم، المأخوذة من الكتب المنشورة في سنوات مختلفة. توجد بين قوسين في الجدول البيانات الحالية لنصف العمر. في الإصدارات القديمة، بدلاً من الرموز المقبولة حاليًا للعنصرين 104 و105 (Rf - rutherfordium وDb - dubnium)، ظهر Ku - kurchatovium وNs - nilsborium.
| الجدول 2. | ||||
| العنصر Z | سنة النشر | |||
| 1951 | 1958 | 1983 | 2000 | |
| ص61 | 147 (2.62 سنة) | 145 (18 سنة) | 145 | 145 |
| بو 94 | 239 (24100 سنة) | 242 (3,76 . 10 5 سنوات) | 244 (8,2 . 10 7 سنوات) | 244 |
| عمري 95 | 241 (432 سنة) | 243 (7370 سنة) | 243 | 243 |
| سم 96 | 242 (163 يومًا) | 245 (8500 سنة) | 247 (1,58 . 10 7 سنوات) | 247 |
| بك 97 | 243 (4.5 ساعة) | 249 (330 يومًا) | 247 (1400 سنة) | 247 |
| cf98 | 245 (44 دقيقة) | 251 (900 سنة) | 251 | 251 |
| إس 99 | – | 254 (276 يومًا) | 254 | 252 (472 يومًا) |
| اف ام 100 | – | 253 (3 أيام) | 257 (100.5 يوم) | 257 |
| إم دي 101 | – | 256 (76 دقيقة) | 258 (52 يومًا) | 258 |
| رقم 102 | – | – | 255 (3.1 دقيقة) | 259 (58 دقيقة) |
| ل 103 | – | – | 256 (26 ثانية) | 262 (3.6 ساعة) |
| الترددات اللاسلكية 104 | – | – | 261 (78 ثانية) | 261 |
| ديسيبل 105 | – | – | 261 (1.8 ثانية) | 262 (34 ثانية) |
وكما يتبين من الجدول فإن جميع العناصر المدرجة فيه مشعة، ونصف عمرها أقل بكثير من عمر الأرض (عدة مليارات من السنين)، وبالتالي فإن هذه العناصر غير موجودة في الطبيعة وتم الحصول عليها بشكل صناعي. . مع تحسين التقنية التجريبية (تخليق نظائر جديدة وقياس عمرها)، كان من الممكن في بعض الأحيان العثور على نويدات تعيش أطول بآلاف وحتى ملايين المرات من تلك المعروفة سابقًا. على سبيل المثال، عندما تم إجراء التجارب الأولى على تخليق العنصر رقم 96 (الذي سمي فيما بعد الكوريوم) في سيكلوترون بيركلي في عام 1944، كانت الإمكانية الوحيدة للحصول على هذا العنصر في ذلك الوقت هي تشعيع نوى البلوتونيوم 239 باستخدام جسيمات ألفا. : 239 بو + 4 هو ® 242 سم + 1 ن. ويبلغ عمر النصف للنويدة الناتجة من العنصر الجديد حوالي نصف عام؛ لقد اتضح أنه مصدر طاقة مدمج ومريح للغاية، وبعد ذلك تم استخدامه لهذا الغرض، على سبيل المثال، في محطات الفضاء الأمريكية "المساح". في الوقت الحاضر، تم الحصول على الكوريوم 247، الذي يبلغ نصف عمره 16 مليون سنة، وهو أطول 36 مليون مرة من عمر أول نواة معروفة لهذا العنصر. لذا فإن التغييرات التي يتم إجراؤها من وقت لآخر في جدول العناصر يمكن أن ترتبط ليس فقط باكتشاف عناصر كيميائية جديدة!
في الختام، كيف تعرفت على نسبة وجود النظائر المختلفة في العنصر؟ على سبيل المثال، حول حقيقة أن 35 Cl يمثل 75.77٪ في الكلور الطبيعي (الباقي هو نظير 37 Cl)؟ في هذه القضية، عندما يكون هناك نظيران فقط في العنصر الطبيعي، فإن مثل هذا التشبيه سيساعد في حل المشكلة.
في عام 1982، ونتيجة للتضخم، تجاوزت تكلفة النحاس، الذي تم سك العملات المعدنية من فئة سنت واحد في الولايات المتحدة، القيمة الاسمية للعملة. لذلك، منذ هذا العام، تم تصنيع العملات المعدنية من الزنك الرخيص ومغطاة بطبقة رقيقة من النحاس في الأعلى. في الوقت نفسه، انخفض محتوى النحاس الباهظ الثمن في العملة من 95 إلى 2.5٪، والوزن - من 3.1 إلى 2.5 جرام، وبعد بضع سنوات، عندما تم تداول خليط من نوعين من العملات المعدنية، أدرك معلمو الكيمياء أن هذه العملات (لا يمكن تمييزها تقريبًا بالعين المجردة) هي أداة ممتازة لـ "تحليل النظائر"، إما بالكتلة أو بعدد العملات المعدنية من كل نوع (قياسًا على الكتلة أو الكسر المولي للنظائر في الخليط). سنجادل على النحو التالي: لدينا 210 عملات معدنية، من بينها خفيفة وثقيلة (هذه النسبة لا تعتمد على عدد العملات المعدنية، إذا كان هناك ما يكفي منها). لنفترض أيضًا أن الكتلة الإجمالية لجميع العملات المعدنية تكون 540 جرامًا، فإذا كانت جميع هذه العملات المعدنية من "الصنف الخفيف"، فإن كتلتها الإجمالية ستكون 525 جرامًا، أي أقل بمقدار 15 جرامًا من العملة الفعلية. لماذا هذا؟ لأنه ليست كل العملات خفيفة: فهناك عملات ثقيلة بينها. استبدال واحد عملة خفيفةفالشدة تؤدي إلى الزيادة الوزن الكليبمقدار 0.6 جم، نحتاج إلى زيادة الكتلة بمقدار 40 جم، وبالتالي يكون هناك 15/0.6 = 25 قطعة نقدية خفيفة، وبالتالي في الخليط 25/210 = 0.119 أو 11.9% من العملات الخفيفة. (وبطبيعة الحال، مع مرور الوقت، "نسبة النظائر" من العملات المعدنية نوع مختلفسوف يتغير: سيكون هناك المزيد والمزيد من الضوء، وأقل وأقل ثقلا. بالنسبة للعناصر، نسبة النظائر في الطبيعة ثابتة.)
وبالمثل، في حالة نظائر الكلور أو النحاس: متوسط الكتلة الذرية للنحاس معروف - 63.546 (تم تحديده من قبل الكيميائيين من خلال تحليل مركبات النحاس المختلفة)، وكذلك كتل النظائر الخفيفة 64 Cu ونظائر النحاس الثقيلة 65 Cu. (تم تحديد هذه الكتل من قبل الفيزيائيين باستخدام أساليبهم الفيزيائية الخاصة). إذا كان العنصر يحتوي على أكثر من نظيرين مستقرين، يتم تحديد النسبة بينهما بطرق أخرى.
ملكنا النعناع- يبدو أن موسكو وسانت بطرسبرغ قامتا أيضًا بسك "أنواع مختلفة من النظائر" من العملات المعدنية. والسبب هو نفسه -- ارتفاع أسعار المعدن. لذلك، تم سك العملات المعدنية بقيمة 10 و 20 روبل في عام 1992 من سبائك النحاس والنيكل غير المغناطيسية، وفي عام 1993 من الفولاذ الرخيص، وتنجذب هذه العملات المعدنية بواسطة المغناطيس؛ بواسطة مظهرإنهم لا يختلفون عمليًا (بالمناسبة، تم سك بعض العملات المعدنية في هذه السنوات في سبيكة "خاطئة"، مثل هذه العملات نادرة جدًا، وبعضها أغلى من الذهب!). في عام 1993، تم سك العملات المعدنية بقيمة 50 روبل أيضًا من سبائك النحاس، وفي نفس العام (فرط التضخم!) - من الفولاذ المغطى بالنحاس. صحيح أن كتل "أنواع النظائر" من العملات المعدنية لدينا لا تختلف كثيرًا عن تلك الخاصة بالعملات الأمريكية. ومع ذلك، فإن الوزن الدقيق لكومة العملات المعدنية يجعل من الممكن حساب عدد العملات المعدنية من كل نوع الموجودة فيها - بالوزن، أو بعدد العملات المعدنية، إذا تم حساب العدد الإجمالي لها.
ايليا لينسون
انظر أيضًا "الكتلة الذرية" في القواميس الأخرى
(مصطلح قديم - الوزن الذري)، القيمة النسبية لكتلة الذرة، معبرًا عنها بوحدات الكتلة الذرية (amu). A.m أقل من مجموع كتل مكونات الذرة، p-c، لكل عيب جماعي.
تم أخذ A.m بواسطة D. I. Mendeleev للجزء الرئيسي. طبيعة العنصر عند فتح الدوريات. أنظمة العناصر. A. m هي قيمة كسرية (على عكس العدد الكتلي - العدد الإجمالي للنيوترونات والبروتونات في نواة الذرة). أ.م نظائر مادة كيميائية واحدة. تختلف العناصر، فالعناصر الطبيعية تتكون من خليط من النظائر، لذلك راجع. قيمة AM للنظائر مع الأخذ بعين الاعتبار النسبة المئوية لها. وترد هذه القيم في الدوريات. النظام (باستثناء عناصر ما بعد اليورانيوم، والتي يشار إلى أعدادها الجماعية). هناك عدة طرق لتحديد A. m., Naib. دقيق - مطيافية الكتلة (انظر مقياس الطيف الكتلي).
الكتلة الذرية (يُسمى سابقًا الوزن الذري) - كتلة ذرة المادة الكيميائية. العنصر المعبر عنه في وحدات الكتلة الذرية.الاختصار المستخدم في هذا القاموس هو في. م.
الكتلة الذرية هي كتلة الذرة، معبرًا عنها بوحدات الكتلة الذرية. الكتلة الذرية أقل من مجموع كتل الجسيمات (البروتونات والنيوترونات والإلكترونات) التي تتكون منها الذرة، بمقدار يحدده طاقة تفاعلها (انظر، على سبيل المثال، عيب الكتلة).
الكتلة الذرية كتلة الذرة، معبرا عنها بوحدات الكتلة الذرية. الكتلة الذرية أقل من مجموع كتل الجسيمات (البروتونات والنيوترونات والإلكترونات) التي تتكون منها الذرة، بمقدار يحدده طاقة تفاعلها (انظر، على سبيل المثال، عيب الكتلة).
الكتلة الذرية
كتلة الذرة، معبرا عنها بوحدات الكتلة الذرية. ل A.m.chem. عنصر يتكون من خليط من النظائر، انظر. قيمة AM للنظائر مع مراعاة نسبتها (ترد هذه القيمة في النظام الدوري للعناصر الكيميائية). الذرة أقل من مجموع كتل الجسيمات (البروتونات والنيوترونات والإلكترونات) التي تتكون منها الذرة بكمية تحددها طاقة تفاعلها (انظر الشكل 1). خلل جماعي).
الكتلة الذرية (مصطلح عفا عليه الزمن - الوزن الذري)، يشير. معبراً عن قيمة كتلة الذرة الخامس وحدات الكتلة الذرية.القيمة الكسرية (على عكس العدد الكتلي - العدد الإجمالي للنيوترونات والبروتونات في النواة الذرية). أكون. نظائر كيميائية واحدة. العنصر مختلف. ل أ.م. العناصر المكونة من خليط من النظائر تأخذ القيمة المتوسطة A.M. النظائر مع مراعاة نسبتها. وترد هذه القيم في الدوريات. نظام العناصر (باستثناء عناصر ما بعد اليورانيوم، التي يتم إعطاء أعدادها الكتلية). أكون. تحديد مختلفة. طُرق؛ الأعلى. بالضبط هو قياس الطيف الكتلي.
وخضع مفهوم هذه الكمية لتغيرات طويلة الأمد تبعا للتغير في مفهوم الذرات. وفقا لنظرية دالتون (1803)، فإن جميع ذرات العنصر الكيميائي نفسه متطابقة وكتلته الذرية هي عدد يساوي نسبة كتلتها إلى كتلة ذرة بعض العناصر القياسية. ومع ذلك، بحلول عام 1920 تقريبًا، أصبح من الواضح أن العناصر الموجودة في الطبيعة هي من نوعين: بعضها عبارة عن ذرات متطابقة في الواقع، والبعض الآخر له نفس الشحنة النووية ولكن كتل مختلفة؛ هذه الأنواع من الذرات كانت تسمى النظائر. وبالتالي فإن تعريف دالتون صالح فقط لعناصر النوع الأول. الكتلة الذرية لعنصر ممثل بعدة نظائر هي متوسط قيمة الأعداد الكتلية لجميع نظائره، مأخوذة كنسبة مئوية تتوافق مع وفرتها في الطبيعة. في القرن 19 استخدم الكيميائيون الهيدروجين أو الأكسجين كمعيار لتحديد الكتل الذرية. في عام 1904، كان 1/16 من متوسط وزن الإنسان...
الكتلة الذرية الوزن الذري، قيمة كتلة الذرة، معبرًا عنها بوحدات الكتلة الذرية (انظر وحدات الكتلة الذرية). يعود استخدام وحدة خاصة لقياس A.m إلى أن كتل الذرات صغيرة للغاية (10 -22 -10 -24 ز) ومن غير المناسب التعبير عنها بالجرام. يتم أخذ 1/12 من كتلة نظير ذرة الكربون 12 C كوحدة A. m. ز.عادة، عند الإشارة إلى A. m.، يتم تعيين "y. m." ه." خفضت. مفهوم "أ. م." قدمه ج. دالتون
(1803). كان أول من حدد A. m. تم تنفيذ عمل مكثف على إنشاء A. m. في النصف الأول من القرن التاسع عشر. جي بيرسيليوس ,
لاحقًا Zh.S Stasom
و تي دبليو ريتشاردز. في عام 1869 د... الكتلة الذرية
