"Химия", Оржековский П.А., Мещерякова Л.М. (изд. Астрель)
Массы атомов настолько малы, что сравнивать их в килограммах неудобно. Для этого используют атомную единицу массы, связанную с атомом углерода-12, и относительную атомную массу Ar — отношение средней массы атомов элемента к выбранному эталону. Ar не имеет единиц и часто указана в таблице не целым числом: природный элемент может состоять из нескольких изотопов. Чтобы не путать эти величины, важно отличать среднее значение элемента от массового числа отдельного атома.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Относительная атомная масса химического элемента Ar показывает, во сколько раз средняя масса его атомов больше 1/12 массы атома углерода-12. Это отношение двух масс, поэтому единицы при делении сокращаются и Ar не имеет единицы измерения. Величина помогает сравнивать атомы, не записывая их чрезвычайно малые массы в килограммах.
Атомная единица массы u — это 1/12 массы атома углерода-12. Она связана с килограммом так: 1 u ≈ 1,6605 · 10⁻²⁷ кг. В атомных единицах удобно выражать массу отдельного атома или изотопа, а не работать с неудобно малыми числами в килограммах.
Массовое число A — это общее число протонов и нейтронов в ядре отдельного атома: A = Z + N, где Z — число протонов, а N — число нейтронов. В отличие от Ar, массовое число относится не к элементу в среднем, а к конкретному атому. Оно всегда целое, потому что считает частицы ядра.
Изотопы — атомы одного элемента с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов. Число протонов определяет, к какому элементу относится атом, а дополнительные нейтроны меняют его массу. Понятие изотопов нужно, чтобы объяснить различия масс атомов одного элемента и дробные табличные значения Ar.
Масса одного атома настолько мала, что её неудобно сравнивать с массами привычных предметов или записывать в килограммах. Поэтому для атомов выбрали общий эталон — 1/12 массы атома углерода-12. Когда массу атома выражают через этот эталон, числа становятся удобнее для сравнения и расчётов.
Относительная атомная масса получается делением средней массы атомов элемента на массу эталона. Масса стоит и в числителе, и в знаменателе, поэтому результат — не масса в граммах или килограммах, а число, показывающее отношение. Например, Ar = 16 означает, что средняя масса атомов элемента в 16 раз больше выбранного эталона.
У большинства элементов существуют изотопы. Их ядра содержат одинаковое число протонов, но разное число нейтронов, а значит, и разную массу. Поэтому массовое число конкретного атома обычно нельзя автоматически считать относительной атомной массой всего элемента: это величины о разных объектах.
Табличная Ar обычно является средним значением для атомов природного элемента. При расчёте учитывают массу каждого изотопа и его распространённость: часто встречающийся изотоп сильнее влияет на среднее, чем редкий. Из-за этого значение может быть дробным и обычно не совпадать с массовым числом какого-либо одного изотопа.
Если у элемента есть один особенно распространённый изотоп, его массовое число может быть близко к табличной Ar. В простых задачах относительную атомную массу иногда округляют до целого, чтобы упростить вычисления. Но округление уместно только тогда, когда это указано в условии или нужны приближённые результаты: иначе следует пользоваться точностью, требуемой задачей.
| Величина | Что характеризует | Как определяется или записывается | Единица измерения |
|---|---|---|---|
| Абсолютная масса атома | Массу конкретного атома | Измеряется или выражается в килограммах | кг |
| Атомная единица массы u | Эталон для сравнения атомных масс | 1/12 массы атома углерода-12 | кг; при выражении массы в этих единицах — u |
| Относительная атомная масса Ar | Среднюю массу атомов элемента относительно эталона | Средняя масса атомов элемента / (1/12 массы атома углерода-12) | Нет |
| Массовое число A | Число частиц в ядре отдельного атома | A = Z + N | Нет |
| Масса отдельного изотопа | Массу атома конкретного изотопа | Может выражаться в килограммах или в u | кг или u |
Сначала определите, что дано в задаче: масса отдельного атома, число частиц в ядре или характеристика элемента в целом. Затем выберите подходящую строку таблицы и проверьте единицы. Так легче не спутать безразмерную Ar с массой в u и массовым числом A.
Масса атома элемента в 16 раз больше 1/12 массы атома углерода-12. Найдите относительную атомную массу элемента.
Ответ: Ar = 16.
В ядре атома хлора-35 содержится 17 протонов. Определите число нейтронов и массовое число атома.
Ответ: в ядре 18 нейтронов, массовое число A = 35.
Элемент состоит из изотопов с массами 10 и 11 u; их доли составляют соответственно 20% и 80%. Найдите среднюю относительную атомную массу.
Ответ: средняя относительная атомная масса равна 10,8.
Считать Ar массой атома в граммах. Так ошибаются, потому что видят число, похожее на результат измерения массы. Но Ar — отношение масс, а не масса в единицах; проверьте, сократились ли единицы в числителе и знаменателе.
Приравнивать Ar массовому числу любого атома элемента. Массовое число относится к одному атому, тогда как Ar обычно усреднена по изотопам. Для проверки выясните, спрашивают ли о конкретном ядре или о природном элементе в целом.
Путать u и Ar. Эти обозначения похожи по теме, но u — единица абсолютной массы, а Ar — безразмерное отношение. Проверьте запись: масса атома может быть выражена в u, у Ar единиц быть не должно.
Округлять табличное Ar без основания. Округление упрощает счёт, поэтому его могут применять слишком рано, хотя задача требует точности. Сначала прочитайте условие и используйте табличное значение; округляйте только при просьбе дать приближённый ответ или выполнить упрощённый расчёт.
Для понимания темы нужны знания о строении атома: заряд ядра, число протонов и нейтронов, а также понятие химического элемента. Изотопы и массовое число пригодятся при изучении состава ядер и расчётах числа частиц в атоме. Позже относительные атомные массы используют для вычисления относительных молекулярных масс: для этого складывают значения Ar всех атомов, входящих в формулу вещества.
Почему относительная атомная масса не имеет единиц измерения?
Ar — это отношение двух масс: средней массы атомов элемента и 1/12 массы атома углерода-12. При делении единицы массы сокращаются, поэтому Ar безразмерна.
Чем относительная атомная масса отличается от массового числа?
Массовое число A — целое число протонов и нейтронов в ядре конкретного атома. Ar характеризует элемент в целом и обычно является средним значением для его природных изотопов.
Почему значение Ar в таблице часто не является целым?
У элемента могут быть изотопы с разным числом нейтронов и разными массами. Табличная Ar учитывает массы изотопов и то, насколько часто каждый из них встречается в природе.
Что такое атомная единица массы и как она связана с углеродом-12?
Атомная единица массы u равна 1/12 массы атома углерода-12. Ею удобно выражать массы отдельных атомов и изотопов; 1 u ≈ 1,6605 · 10⁻²⁷ кг.
Как найти среднюю относительную атомную массу по изотопам и их распространённости?
Умножьте массу каждого изотопа на его долю в природной смеси, записанную десятичной дробью, а затем сложите результаты. Если доли даны в процентах, сначала разделите каждую на 100.
§ 10. Относительные атомные массы химических элементов
