Atomy, hlavní stavební kameny hmoty, mají svou hmotnost, která se měří v jednotkách nazývaných atomové hmoty. Atomová hmotnost je obvykle uvedena v periodické tabulce prvků a je desetinné číslo. Proč však tato hmotnost není celé číslo? Odpověď na tuto otázku je spojena s řadou faktorů, které je třeba vzít v úvahu při výpočtu relativní atomové hmotnosti.
Za prvé, atomy prvků mají izotopy. Izotopy jsou atomy stejného prvku, ale s různým počtem neutronů v jádře. Izotopy mají mírně odlišnou hmotnost a vyskytují se v přírodě V určitých poměrech. Při výpočtu relativní atomové hmotnosti se bere v úvahu průměr hmotnosti všech izotopů prvku, vážený podle četnosti jejich výskytu.
Za druhé, při výpočtu relativní atomové hmotnosti se také bere v úvahu počet elektronů. Hmotnost elektronů se nepočítá, protože je velmi malá ve srovnání s hmotností protonů a neutronů v jádru atomu. Nicméně, elektrony hrají roli při určování chemických vlastností prvku, takže jejich počet je zohledněn při výpočtech.
Relativní atomová hmotnost tedy není celé číslo kvůli vlivu izotopů a elektronů. To umožňuje přesněji určit hmotnost atomu prvku a sestavit tabulku prvků Mendělejeva, který je důležitým nástrojem v chemii a fyzice.
Relativní atomová hmotnost: proč to není celé číslo?
Izotopy jsou atomy stejného prvku, ale s různým počtem neutronů v jádře. Vzhledem k tomu, že neutrony neovlivňují chemické vlastnosti prvků, izotopy se v přírodě často vyskytují. Izotopy mají různou hmotnost, takže při výpočtu relativní atomové hmotnosti se berou v úvahu všechny izotopy s jejich relativními prevalencemi.
Pro každý prvek je známo několik izotopů a jejich prevalence se liší v různých podmínkách. Relativní atomová hmotnost se proto vypočítá podle vzorce, který bere v úvahu hmotnost každého izotopu a jeho prevalenci. V důsledku toho se relativní atomová hmotnost získá číslem s desetinnou částí, které nemusí být nutně celé číslo.
Například uhlík má obvykle dva hlavní izotopy: uhlík-12 (s hmotností přibližně 12 atomových jednotek) a uhlík-13 (s hmotností přibližně 13 atomových jednotek). Při výpočtu relativní atomové hmotnosti se bere v úvahu, že uhlík-12 se v přírodě vyskytuje mnohem častěji než uhlík-13. Relativní atomová hmotnost uhlíku je tedy asi 12.01 atomových jednotek.
Relativní atomová hmotnost tedy není celé číslo kvůli rozdílům v hmotnosti a prevalenci izotopů prvků. To umožňuje přesněji odrážet skutečnou složku atomů a provádět různé chemické výpočty a měření.
Co je relativní atomová hmotnost?
Jak se měří relativní atomová hmotnost?
K měření relativní atomové hmotnosti se používá metoda porovnávání hmotnosti iontů nebo atomů různých prvků.
Experimentálně se měří hmotnost atomů nebo iontů vzhledem k hmotnosti uhlíku-12 pomocí zařízení zvaného hmotnostní spektrometr.
Hmotnostní spektrometr umožňuje rozdělit ionty nebo atomy různých prvků podle jejich hmotnosti a poté změřit jejich relativní poměr. Naměřené hodnoty jsou porovnány s hmotností uhlíku-12 a upraveny podle měřítka.
Relativní atomová hmotnost je průměrná hmotnost atomů prvku, vzhledem k jejich přirozenému stabilnímu izotopovému složení a zohlednění všech izotopů přítomných v přírodě.
Proč relativní atomová hmotnost nemusí být celé číslo?
Izotopy jsou atomy stejného prvku, které mají odlišný počet neutronů v jádře. Výsledkem je, že hmotnost izotopů se bude také lišit, protože neutrony mají hmotnost. Některé izotopy jsou běžnější než jiné a jejich procento V přírodě ovlivňuje relativní atomovou hmotnost.
Pro výpočet relativní atomové hmotnosti se bere v úvahu hmotnost každého izotopu vynásobeného jeho procentem a poté se všechny tyto hodnoty sčítají. Vzhledem k necíleným hodnotám hmotnosti izotopů a jejich prevalenci může mít relativní atomová hmotnost nevyčíslitelnou hodnotu.
Je důležité poznamenat, že relativní atomová hmotnost je pro snadné použití obvykle zaokrouhlena na nejbližší celé číslo. Desetinná čárka je tedy vyřazena a hodnota je zaokrouhlena na celé číslo nejbližší skutečné hodnotě.
Znalost relativní atomové hmotnosti prvků je v chemii velmi důležitá, protože umožňuje výpočty hmotnosti a množství látek a stanovení stechiometrických poměrů a dalších vlastností látek.
Role izotopů při určování relativní atomové hmotnosti
Vzhledem k tomu, že izotopy prvku mohou mít různé hmotnosti, je při určování relativní atomové hmotnosti zohledněna jejich relativní abundance. Abundance izotopu je podíl daného izotopu na přirozeném vzorku prvku.
Například kyslík má několik izotopů, z nichž nejběžnější jsou kyslík-16, kyslík-17 a kyslík-18. Kyslík-16 tvoří asi 99% přirozeného vzorku kyslíku, kyslík-17 - asi 0,04% a kyslík-18 - asi 0,2%. Relativní atomová hmotnost kyslíku zaznamenaná v periodické tabulce je tedy asi 16, nikoli celé číslo.
Izotopy tedy hrají důležitou roli při určování relativní atomové hmotnosti prvků a jejich abundance závisí na konkrétní hodnotě této veličiny. Pochopení a studium izotopů a jejich abundance nám umožňuje získat přesnější údaje o hmotnostních charakteristikách prvků a používat je v různých oblastech vědy a technologie.
Jaké faktory ovlivňují relativní atomovou hmotnost?
Za prvé, příčinou nepočetné relativní atomové hmoty je existence izotopů. Izotopy jsou atomy stejného prvku, které mají rozdílný počet neutronů. Například uhlík může existovat ve třech izotopických formách: uhlík-12, uhlík-13 a uhlík-14. Uhlík je 12 nejběžnější izotop a má hmotnost přibližně 12 AMU. Uhlík-13 a uhlík-14 se také vyskytují, ale jejich hmotnost se liší od 12 AMU. Vzhledem k tomu, že různé izotopy prvku jsou v něm obsaženy v různých proporcích, relativní atomová hmotnost není celé číslo.
Kromě toho přispívá i přítomnost izomerů. Izomery jsou různé stavy atomů nebo molekul, u kterých se liší umístění atomů v prostoru. Například chlorpikrin, chemická sloučenina složená z uhlíku, dusíku, kyslíku a chloru, může existovat ve třech izomerických formách. Každá z forem má jinou hmotnost, což přispívá k relativní atomové hmotnosti chlorpikrinu.
Je také třeba poznamenat, že relativní atomová hmotnost je vypočítána s přihlédnutím k proporcím izotopů a izomerů na Zemi. To znamená, že pokud se poměr izotopů a izomerů v různých částech země nebo mimo zemi liší od průměru, pak může být relativní atomová hmotnost mírně odlišná.
Obecně platí, že relativní atomová hmotnost není celé číslo kvůli přítomnosti izotopů, izomerů a variabilitě proporcí mezi nimi. To je důležité vzít v úvahu při práci s atomovými hmotnostmi prvků v chemických a fyzikálních výpočtech.
Jaká je souvislost mezi relativní atomovou hmotností a chemickými vlastnostmi látky?
Relativní atomová hmotnost se určuje podle vzorce:
Relativní atomová hmotnost = (hmotnost prvního izotopu * procento jeho izotopů) + (hmotnost druhého izotopu * procento jeho izotopů)+.
Chemické vlastnosti látky zase závisí na struktuře atomů a jejich vzájemné interakci. Nejčastěji dochází k chemickým reakcím a přeměnám mezi atomy různých prvků, takže pro stanovení chemických vlastností látky je nutné znát relativní atomové hmotnosti prvků, ze kterých se skládá.
Relativní atomová hmotnost ovlivňuje molekulovou hmotnost látky, která zase určuje chemické vlastnosti, jako je bod varu, hustota, rozpustnost a mnoho dalších vlastností látky. Relativní atomová hmotnost je tedy důležitým parametrem určujícím chemické vlastnosti a chování látky v chemických reakcích.