如何计算原子质量(calculate atomic mass)

原子质量是一个原子或分子中所有质子、中子和电子的总和。然而,电子的质量非常小,它被认为可以忽略不计,不包括在计算中。虽然技术上不正确,但这个术语也经常被用来指一种元素的所有同位素的平均原子质量。这第二个定义实际上是一个元素的相对原子质量,也被称为原子量。原子量考虑到了同一元素的自然发生的同位素的平均质量。化学家需要区分这两种类型的原子质量来指导他们的工作--例如,一个错误的原子质量值会导致对实验产...

方法1方法1的3:在周期表上寻找原子质量读数

  1. 1了解原子质量是如何表示的。原子质量,即某一特定原子或分子的质量,可以用标准的SI质量单位--克、千克等表示。然而,由于用这些术语表示的原子质量小得令人难以置信,原子质量通常用统一的原子质量单位(通常简称为 "u "或 "amu")或道尔顿(Da)表示。一个原子质量单位的标准等于一个标准碳-12同位素质量的1/12。原子质量是指该元素的一摩尔原子中该元素的克数。当涉及到实际计算时,这是一个非常有用的属性,因为它允许在一定数量的同类型原子或分子的质量和摩尔之间轻松转换。
  2. Image titled Calculate Atomic Mass Step 1
  3. 2在周期表上找到原子质量。大多数标准周期表列出了每种元素的相对原子质量(原子量)。这几乎总是以数字的形式写在表上该元素方格的底部,在其单字母或双字母化学符号下。这个数字通常表示为小数,而不是整数。注意,周期表上列出的相对原子质量是相关元素的平均值。化学元素有不同的同位素--由于在原子核中增加或减少了一个或多个中子而导致质量不同的化学形式。因此,周期表上列出的相对原子质量适合作为某种元素的原子的平均值,但不适合作为该元素单个原子的质量。周期表上列出的相对原子质量被用来计算原子和分子的摩尔质量。原子质量,当以阿姆表示时,如元素周期表,在技术上是无单位的。然而,通过简单地将原子质量乘以1克/摩尔,就可以得到一个元素摩尔质量的可行数量--一摩尔元素原子的质量(以克计)。例如,铁的原子质量是55.847阿姆,这意味着一摩尔铁原子的重量是55.847克。
  4. Image titled Calculate Atomic Mass Step 2
  5. 3了解周期表的数值是一种元素的平均原子质量。正如已经指出的那样,周期表上为每种元素列出的相对原子质量是一个原子的所有同位素的平均值。这种平均值对许多实际计算很有价值--例如,计算由几个原子组成的分子的摩尔质量。然而,在处理单个原子时,这个数字有时是不够的。因为它是几种不同类型同位素的平均值,周期表上的数值并不是任何单个原子的原子质量的精确值。单个原子的原子质量必须通过考虑单个原子中质子和中子的精确数量来计算。
  6. Image titled Calculate Atomic Mass Step 3

方法2 3的方法2:计算单个原子的原子质量

  1. 1找出该元素或同位素的原子数。原子数是指一个元素中的质子数,而且从不变化。例如,所有氢原子,而且只有氢原子,都有1个质子。钠的原子数为11,因为它的原子核有11个质子,而氧的原子数为8,因为它的原子核有8个质子。你可以在周期表上找到任何元素的原子序数--在几乎所有的标准周期表中:它是一个元素的1或2字母化学符号上面的数字。这个数字总是一个正的整数。比方说,我们正在研究的是碳原子。我们还可以在元素周期表上看到,碳(C)的方格顶部有一个 "6",表示碳的原子序数是6。注意,一个元素的原子序数与元素周期表上所列的相对原子质量没有任何直接关系。虽然,特别是在元素周期表顶端的元素中,一个原子的原子质量似乎是其原子序数的两倍,但原子质量并不是通过将一个元素的原子序数加倍来计算的。
  2. Image titled Calculate Atomic Mass Step 4
  3. 2找出原子核中的中子数。某种元素的原子中,中子的数量可以不同。虽然具有相同质子数和不同中子数的2个原子都是同一种元素,但它们是该元素的不同同位素。与元素中的质子数不同,质子数永远不会改变,某种元素的原子中的中子数可以经常变化,以至于该元素的平均原子质量必须用两个整数之间的小数表示。中子数可以由元素的同位素名称决定。例如,碳-14是碳-12的一种自然发生的放射性同位素。你经常会看到同位素在元素符号前用数字作为上标来指定。14C.中子的数量是通过从同位素编号中减去质子的数量来计算的:14-6=8个中子。比方说,我们正在处理的碳原子有六个中子(12C)。这是迄今为止最常见的碳同位素,占所有碳原子的近99%。然而,大约1%的碳原子有7个中子(13C)。其他类型的碳原子的中子多于或少于6或7个,存在的数量非常少。
  4. Image titled Calculate Atomic Mass Step 5
  5. 3加上质子和中子的数量。这就是该原子的原子质量。不要担心围绕原子核运行的电子数--它们的综合质量非常非常小,因此,在大多数实际情况下,它不会对你的答案产生重大影响。我们的碳原子有6个质子+6个中子=12。这个特定碳原子的原子质量是12。另一方面,如果它是碳-13的同位素,我们就会知道它有6个质子+7个中子=13的原子量。碳-13的实际原子量是13.003355,而且更精确,因为它是通过实验确定的。原子质量与一个元素的同位素数非常接近。在基本计算中,同位素数等于原子质量。当通过实验确定时,由于电子的质量贡献非常小,所以原子质量略高于同位素数。
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方法3方法3:计算元素的相对原子质量(原子量)。

  1. 1确定样品中存在哪些同位素。化学家通常通过使用一种叫做质谱仪的特殊工具来确定特定样品中同位素的相对比例。然而,在学生阶段的化学学习中,这些信息往往是以科学文献中的既定数值的形式提供给你的。对于我们的目的,假设我们正在处理同位素碳-12和碳-13。
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  3. 2确定样品中每种同位素的相对丰度。在一个特定的元素中,不同的同位素以不同的比例出现。这些比例几乎总是以百分比表示。一些同位素将非常常见,而其他同位素将非常罕见--有时,罕见到几乎无法检测。这一信息可以通过质谱法或参考书来确定。比方说,碳-12的丰度是99%,碳-13的丰度是1%。其他碳同位素确实存在,但它们的数量非常少,对于这个例子的问题,它们可以被忽略。
  4. Image titled Calculate Atomic Mass Step 8
  5. 3 将每种同位素的原子质量乘以其在样品中的比例。将每种同位素的原子质量乘以其丰度百分比(写成小数)。要将百分比转换为小数,只需将其除以100。转换后的百分比加起来应该总是1。我们的样品含有碳-12和碳-13。如果碳-12占样品的99%,碳-13占样品的1%,那么12(碳-12的原子质量)乘以0.99,13(碳-13的原子质量)乘以0.01.一本参考书会根据一个元素同位素的所有已知数量给出百分比比例。大多数化学教科书在书末的表格中包括了这些信息。质谱仪也可以得出被测样品的比例。
  6. Image titled Calculate Atomic Mass Step 9
  7. 4.将结果相加。将你在上一步骤中进行的乘法的乘积相加。这个加法的结果就是你的元素的相对原子质量--你的元素的同位素的原子质量的平均值。在我们的例子中,12 x 0.99 = 11.88的碳-12,而13 x 0.01 = 0.13的碳-13,在讨论一般的元素,而不是该元素的特定同位素时,会使用这个值。我们这个例子的相对原子质量是11.88 + 0.13 = 12.01。
  8. Image titled Calculate Atomic Mass Step 10
  • 发表于 2022-03-11 13:12
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