如何计算原子质量

内容

脚步
方法 1 of 3：使用元素周期表求原子质量
方法 2 of 3：计算单个原子的原子质量
方法 3 of 3：计算元素的相对原子质量（原子量）
提示
你需要什么

原子质量 是构成这个或那个原子或分子的所有质子、中子和电子的质量总和。与质子和中子相比，电子的质量非常小，因此在计算中没有考虑。尽管从形式的角度来看这是不正确的，但该术语通常用于指代元素所有同位素的平均原子质量。其实这就是相对原子质量，也叫 原子重量 元素。原子量是元素的所有天然同位素的原子质量的平均值。化学家在做他们的工作时必须区分这两种类型的原子质量 - 例如，不正确的原子质量值可能导致反应产物产率的错误结果。

脚步

方法 1 of 3：使用元素周期表求原子质量

1 了解原子质量的书写方式。 原子质量，即给定原子或分子的质量，可以用标准 SI 单位表示 - 克、千克等。但是，由于以这些单位表示的原子质量非常小，因此通常以统一的原子质量单位记录，或缩写为 amu。 - 原子质量单位。一个原子质量单位等于标准同位素碳 12 质量的 1/12。
- 原子质量单位表征质量 一摩尔给定元素的克数...这个值在实际计算中非常有用，因为它可以用来轻松地将给定物质的给定数量的原子或分子的质量转换为摩尔，反之亦然。
2 找出元素周期表中的原子质量。 大多数标准周期表包含每个元素的原子质量（原子量）。通常，它们在带有元素的单元格底部显示为数字，在表示化学元素的字母下方。这通常不是整数，而是小数。
- 请注意，元素周期表中给出的每个元素的所有相对原子质量都是平均值。化学元素不同 同位素 - 由于原子核中增加或缺失中子而具有不同质量的化学物质。因此，元素周期表中列出的相对原子质量可以用作特定元素原子的平均值，但不是作为给定元素的一个原子的质量。
- 元素周期表中给出的相对原子质量用于计算原子和分子的摩尔质量。以 amu 表示的原子质量（如在元素周期表中）基本上是无量纲的。然而，简单地将原子质量乘以 1 g/mol，我们就得到了一个元素的有用特征——该元素的一摩尔原子的质量（以克为单位）。
3 请记住，元素周期表列出了元素的平均原子质量。 如前所述，元素周期表中每个元素的相对原子质量是原子中所有同位素质量的平均值。这个平均值对于许多实际用途都很有价值：例如，它用于计算由几个原子组成的分子的摩尔质量。然而，当你处理单个原子时，这个值通常是不够的。
- 由于平均原子质量是几种同位素的平均值，因此元素周期表中显示的值不是 准确的 任何单个原子的原子质量值。
- 计算单个原子的原子质量时必须考虑到单个原子中质子和中子的确切数量。

方法 2 of 3：计算单个原子的原子质量

1 找出给定元素或其同位素的原子序数。 原子序数是元素原子中质子的数量，它永远不会改变。例如，所有的氢原子，以及只要他们有一个质子。钠的原子序数是 11，因为它的原子核有 11 个质子，而氧的原子序数是 8，因为它的原子核有八个质子。您可以在门捷列夫周期表中找到任何元素的原子序数 - 在几乎所有标准版本中，该数字都显示在化学元素的字母名称上方。原子序数总是一个正整数。
- 假设我们对一个碳原子感兴趣。碳原子中总是有六个质子，所以我们知道它的原子序数是6。另外，我们看到在元素周期表中，在有碳（C）的单元格的上部是数字“6”，表示原子碳数是六。
- 请注意，元素的原子序数与其在元素周期表中的相对原子质量并不是唯一相关的。尽管，特别是对于表格顶部的元素，元素的原子质量似乎是其原子序数的两倍，但它永远不会通过将原子序数乘以 2 来计算。
2 求原子核中的中子数。 相同元素的不同原子的中子数可以不同。当具有相同质子数的相同元素的两个原子具有不同数量的中子时，它们是该元素的不同同位素。与永远不会改变的质子数不同，特定元素原子中的中子数经常会发生变化，因此元素的平均原子质量被写为十进制分数，其值介于两个相邻的整数之间。
- 中子的数量可以通过元素同位素的名称来确定。例如，碳 14 是碳 12 的天然放射性同位素。同位素数通常用元素符号前面的上标数字表示：C。通过从同位素数中减去质子数得出中子数：14 - 6 = 8 个中子。
- 假设感兴趣的碳原子有六个中子 (C)。它是碳的最丰富的同位素，约占该元素所有原子的 99%。然而，大约 1% 的碳原子具有 7 个中子 (C)。其他类型的碳原子具有多于 7 个或少于 6 个中子，并且数量非常少。
3 将质子和中子的数量相加。 这将是给定原子的原子质量。忽略原子核周围的电子数量 - 它们的总质量非常小，因此它们实际上不会影响您的计算。
- 我们的碳原子有 6 个质子 + 6 个中子 = 12。因此，这个碳原子的原子质量是 12。如果这是同位素“碳 13”，那么我们就会知道它有 6 个质子 + 7 个中子 = 原子量13.
- 事实上，碳 13 的原子质量是 13.003355，这个值更准确，因为它是通过实验确定的。
- 原子质量非常接近同位素数。为了计算方便，通常假设同位素数等于原子质量。由于电子的贡献非常小，实验确定的原子质量值略超过同位素数。

方法 3 of 3：计算元素的相对原子质量（原子量）

1 确定样品中含有哪些同位素。 化学家通常使用称为质谱仪的特殊仪器来确定特定样品中同位素的比率。但是，在训练过程中，这些数据会在任务、控制等条件下以取自科学文献的值的形式提供给你。
- 在我们的例子中，假设我们正在处理两种同位素：碳 12 和碳 13。
2 确定样品中每种同位素的相对含量。 对于每种元素，不同的同位素以不同的比例出现。这些比率几乎总是以百分比表示。一些同位素非常常见，而另一些则非常罕见——有时很难检测到。这些量可以使用质谱法确定或可以在手册中找到。
- 假设碳 12 的浓度为 99%，碳 13 的浓度为 1%。碳的其他同位素真的存在，但数量非常小，在这种情况下它们可以被忽略。
3 将每个同位素的原子质量乘以其在样品中的浓度。 将每个同位素的原子质量乘以其百分比（表示为小数部分）。要将百分比转换为小数，只需除以 100。所得浓度相加应始终为 1。
- 我们的样品含有碳 12 和碳 13。如果碳 12 是样品的 99%，碳 13 是 1%，则需要将 12（碳 12 的原子质量）乘以 0.99，将 13（碳 13 的原子质量）乘以 0.01。
- 参考书根据元素的所有同位素的已知量给出百分比。大多数化学教科书在书末都以表格形式包含这些信息。对于所研究的样品，同位素的相对浓度也可以使用质谱仪来确定。
4 把结果加起来。 总结您在上一步中得到的乘法结果。作为此操作的结果，您将找到元素的相对原子质量 - 相关元素同位素原子质量的平均值。当将元素视为一个整体而不是给定元素的特定同位素时，将使用该值。
- 在我们的示例中，碳 12 的 12 x 0.99 = 11.88，碳 13 的 13 x 0.01 = 0.13。在我们的例子中，相对原子质量是 11.88 + 0.13 = 12,01.