"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Массы атомов очень малы, поэтому их сравнивают с условной величиной — одной двенадцатой массы атома углерода-12. Такое сравнение выражает относительная атомная масса Ar: она показывает, во сколько раз средняя масса атома элемента больше выбранной единицы, и не имеет единицы измерения. Значение Ar учитывает природную смесь изотопов — атомов одного элемента с разным числом нейтронов. Поэтому в таблице Менделеева оно нередко бывает дробным.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Атомная единица массы равна 1/12 массы атома углерода-12. Массу атома углерода-12 делят на двенадцать и используют полученную величину как удобную меру для сравнения атомов. Благодаря этому не приходится выражать их чрезвычайно малые массы в граммах.
Относительная атомная масса — отношение средней массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода-12. Её обозначают Ar, где r означает «относительная». Это число показывает, во сколько раз средний атом тяжелее атомной единицы массы, а единицы измерения у него нет.
Изотопы — атомы одного химического элемента с одинаковым зарядом ядра, но разным числом нейтронов. Число протонов определяет элемент, а нейтроны на это не влияют. Поэтому изотопы одного элемента имеют разные массы.
Массовое число A — общее число протонов и нейтронов в ядре конкретного атома. Протоны и нейтроны вместе называют нуклонами. Массовое число помогает описать состав ядра определённого изотопа.
Масса одного атома настолько мала, что пользоваться для неё граммами неудобно: числа получаются крошечными. Поэтому нужна общая условная шкала, с которой можно сравнивать атомы разных элементов. За основу взяли атом углерода-12 и определили атомную единицу массы как одну двенадцатую его массы. Так выбранная единица достаточно удобна для выражения масс атомов целыми или близкими к целым числами.
Относительная атомная масса получается сравнением двух масс: средней массы атома элемента и атомной единицы массы. Если первая масса в 16 раз больше второй, то Ar равна 16. Поскольку делят массу на массу, одинаковые единицы сокращаются. Поэтому у Ar нет единицы измерения, и к числу не нужно приписывать а.е.м. или граммы.
У атомов одного элемента число протонов одинаково, но число нейтронов может различаться. Такие разновидности атомов называют изотопами, и массы их ядер неодинаковы. В природе обычно встречается смесь нескольких изотопов, а не только один из них. Поэтому средняя масса атомов элемента отражает вклад разных изотопов и может быть нецелой.
Чтобы найти относительную атомную массу смеси, массу каждого изотопа умножают на его долю, а затем складывают полученные вклады. Доля показывает, какая часть всех атомов приходится на данный изотоп: например, 20% — это 0,20. Изотоп, которого в природе больше, сильнее влияет на среднее значение. Простое среднее масс подошло бы только тогда, когда изотопы представлены поровну.
Значение Ar в таблице Менделеева часто близко к массовому числу самого распространённого изотопа. Это происходит потому, что его доля обычно больше долей остальных изотопов и он заметнее влияет на среднее. Но остальные изотопы тоже вносят вклад, поэтому точное среднее может отличаться от массового числа и быть дробным. Равенство возможно не всегда и не должно приниматься за правило.
| Понятие или величина | Что означает | Обозначение или способ определения | Есть ли единица измерения |
|---|---|---|---|
| Атомная единица массы | 1/12 массы атома углерода-12 | Используют как меру массы атомов | Да, условная единица массы |
| Относительная атомная масса | Средняя масса атома элемента по сравнению с атомной единицей массы | Ar = средняя масса атома / атомная единица массы | Нет |
| Изотоп | Атом того же элемента с другим числом нейтронов | Разновидность атомов с тем же зарядом ядра | Как понятие единицы не имеет |
| Массовое число | Число протонов и нейтронов в ядре | A = число протонов + число нейтронов | Нет, это число нуклонов |
| Средняя масса атомов элемента в природе | Среднее с учётом природных долей изотопов | Сумма произведений масс изотопов на их доли | Да, это масса |
Сначала определите, о чём идёт речь: о массе конкретного изотопа, о средней массе природной смеси или об отношении масс. Затем выберите подходящую запись: для ядра используют A, а для сравнения средней массы — Ar. Если известны доли изотопов, найдите среднее взвешивание, а не обычное среднее.
Задача 1. Масса атома элемента в 16 раз больше 1/12 массы атома углерода-12. Найдите относительную атомную массу элемента. Здесь уже дана величина сравнения: масса атома выражена через атомную единицу массы. По определению именно такое отношение и задаёт Ar.
Ответ: Ar = 16, единицы измерения у этой величины нет.
Задача 2. Относительная атомная масса элемента равна 23. Во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода-12? Значение Ar уже сообщает искомое отношение, поэтому дополнительного вычисления не требуется. Важно прочитать число как сравнение масс, а не как массу в каких-либо единицах.
Ответ: в 23 раза. Записывать «23 а.е.м.» в качестве единицы для Ar не нужно.
Задача 3. Элемент состоит из изотопов с массами 10 и 11; их доли в природной смеси равны соответственно 20% и 80%. Найдите относительную атомную массу элемента. Поскольку изотопы встречаются не поровну, нельзя просто усреднить их массы. Сначала учтём, какая часть атомов приходится на каждый изотоп, а затем сложим вклады.
Ответ: Ar = 10,8. Значение ближе к 11, потому что изотоп с массой 11 составляет большую часть смеси.
К Ar иногда приписывают единицу измерения, например а.е.м., потому что речь идёт о массах атомов. Но Ar — не сама масса, а отношение двух масс, поэтому единицы сокращаются. Проверьте запись по определению: если делите массу на массу, у результата нет единицы.
Другая ошибка — считать, что Ar всегда равна массовому числу. Массовое число относится к ядру конкретного изотопа, а Ar учитывает смесь изотопов в природе. Чтобы проверить себя, выясните, дана ли масса одного изотопа или среднее значение элемента; для смеси обычно учитывают доли.
При расчёте смеси иногда берут простое среднее масс, не учитывая распространённость изотопов. Такой способ верен лишь при одинаковых долях, иначе редкий изотоп получит слишком большой вклад. Проверьте, что каждую массу вы умножили на её долю, а сумма долей равна 1 или 100%.
Атомную единицу массы могут путать с массой целого атома углерода-12. Причина путаницы — именно этот атом используют как основу шкалы. Но одна атомная единица составляет только одну двенадцатую его массы; перечитайте определение и проверьте, не пропущено ли деление на 12.
Чтобы разобраться в теме, нужно знать строение атома и понимать, чем протоны отличаются от нейтронов. Протоны задают заряд ядра и определяют химический элемент, а изменение числа нейтронов приводит к появлению его изотопов. Так понятие изотопа связывает атомные массы с составом ядра. Позже Ar пригодится при чтении таблицы Менделеева и расчётах по химическим формулам и уравнениям реакций.
Почему относительная атомная масса называется относительной?
Она показывает не массу в граммах, а отношение массы атома к условной единице — 1/12 массы атома углерода-12. Это сравнение с выбранной величиной и делает массу относительной.
Почему у относительной атомной массы нет единицы измерения?
Ar получают делением одной массы на другую. Единицы измерения в числителе и знаменателе сокращаются, поэтому результат — число без единицы.
Почему значение Ar в таблице Менделеева часто не целое?
В природе элемент обычно представлен несколькими изотопами с разными массами. Табличное Ar учитывает долю каждого из них, поэтому получается среднее значение, которое может быть дробным.
Чем массовое число отличается от относительной атомной массы?
Массовое число A — целое число протонов и нейтронов в ядре конкретного изотопа. Относительная атомная масса Ar характеризует среднюю массу природной смеси изотопов элемента.
Как рассчитать относительную атомную массу элемента, если известны его изотопы?
Нужно умножить массу каждого изотопа на его долю в природной смеси, а затем сложить результаты. Если доли заданы в процентах, сначала переведите их в десятичные дроби.
§ 11. Относительная атомная масса химических элементов
