Uzito wa kipengele cha kemikali imedhamiriwa na wingi wake. Misa ya atomiki

Encyclopedic YouTube

    1 / 3

    ✪ Kemia| Uzito wa atomiki wa jamaa

    ✪ Uzito wa atomiki wa jamaa. Masi ya molekuli.

    ✪ 15. Misa ya atomiki

    Manukuu

Habari za jumla

Moja ya sifa kuu za atomi ni wingi wake. Uzito kamili wa atomi ni thamani ndogo sana. Kwa hivyo, atomi ya hidrojeni ina uzito wa takriban 1.67⋅10 -24 g. Kwa hivyo, katika kemia (kwa madhumuni ya vitendo) ni upendeleo na rahisi zaidi kutumia thamani ya jamaa [ya kawaida], inayoitwa. misa ya atomiki ya jamaa au kwa urahisi wingi wa atomiki na ambayo inaonyesha ni mara ngapi uzito wa atomi ya kipengele fulani ni mkubwa kuliko wingi wa atomi ya kipengele kingine, kinachochukuliwa kama kipimo cha kipimo cha uzito.

Kitengo cha kipimo kwa wingi wa atomiki na molekuli ni 1 ⁄ 12 sehemu ya wingi wa atomi ya upande wowote ya isotopu ya kawaida ya kaboni 12 C. Kitengo hiki kisicho cha utaratibu cha kipimo cha wingi kinaitwa kitengo cha molekuli ya atomiki (A. kula.) au Dalton (Ndiyo).

Tofauti kati ya misa ya atomiki ya isotopu na nambari yake ya misa inaitwa misa ya ziada (kawaida huonyeshwa kwa MeV). Inaweza kuwa chanya au hasi; sababu ya kutokea kwake ni utegemezi usio na mstari wa nishati ya kuunganisha ya nuclei kwa idadi ya protoni na neutroni, pamoja na tofauti katika wingi wa protoni na neutroni.

Utegemezi wa misa ya atomiki ya isotopu kwenye nambari ya misa ni kama ifuatavyo: misa iliyozidi ni chanya kwa hidrojeni-1, na idadi inayoongezeka ya misa hupungua na inakuwa hasi hadi kiwango cha chini kifikiwe kwa chuma-56, kisha huanza. kukua na kuongezeka kwa maadili chanya kwa nuclides nzito. Hii inafanana na ukweli kwamba mgawanyiko wa nuclei nzito kuliko chuma hutoa nishati, wakati mgawanyiko wa nuclei mwanga unahitaji nishati. Kinyume chake, fusion ya nuclei nyepesi kuliko chuma hutoa nishati, wakati fusion ya vipengele nzito kuliko chuma inahitaji nishati ya ziada.

Hadithi

Wakati wa kuhesabu wingi wa atomiki, mwanzoni (kutoka mwanzoni mwa karne ya 19, kulingana na pendekezo la J. Dalton; tazama Nadharia ya Atomiki ya Dalton), wingi wa atomi ya hidrojeni kama kipengele nyepesi zaidi ilichukuliwa kama kitengo cha molekuli [jamaa] , na wingi wa atomi za elementi nyingine zilihesabiwa kuhusiana nayo. Lakini kwa kuwa misa ya atomiki ya vipengele vingi imedhamiriwa kulingana na muundo wa misombo yao ya oksijeni, kwa kweli (de facto) mahesabu yalifanywa kuhusiana na molekuli ya atomiki ya oksijeni, ambayo ilichukuliwa sawa na 16; uwiano kati ya molekuli ya atomiki ya oksijeni na hidrojeni ilionekana kuwa sawa na 16: 1. Baadaye, vipimo sahihi zaidi vilionyesha kuwa uwiano huu ni sawa na 15.874: 1 au, ni sawa, 16: 1.0079, kulingana na atomi gani - oksijeni. au hidrojeni - rejelea thamani kamili. Mabadiliko katika molekuli ya atomiki ya oksijeni ingejumuisha mabadiliko katika wingi wa atomiki wa vipengele vingi. Kwa hivyo, iliamuliwa kuacha molekuli ya atomiki ya oksijeni saa 16, kuchukua molekuli ya atomiki ya hidrojeni sawa na 1.0079.

Kwa hivyo, kitengo cha misa ya atomiki kilichukuliwa 1 ⁄ 16 sehemu ya molekuli ya atomi ya oksijeni, inayoitwa kitengo cha oksijeni. Baadaye iligunduliwa kuwa oksijeni ya asili ni mchanganyiko wa isotopu, ili kitengo cha molekuli ya oksijeni kinaonyesha wingi wa wastani wa atomi za isotopu za asili za oksijeni (oksijeni-16, oksijeni-17 na oksijeni-18), ambayo iligeuka kuwa isiyo na utulivu. kutokana na tofauti za asili katika utungaji wa isotopiki oksijeni. Kwa fizikia ya atomiki, kitengo kama hicho kiligeuka kuwa kisichokubalika, na katika tawi hili la sayansi kitengo cha misa ya atomiki kilipitishwa. 1 ⁄ 16 sehemu ya molekuli ya atomi ya oksijeni 16 O. Matokeo yake, mizani miwili ya molekuli ya atomiki ilichukua sura - kemikali na kimwili. Uwepo wa mizani miwili ya molekuli ya atomiki uliunda usumbufu mkubwa. Maadili ya viwango vingi vilivyohesabiwa kwenye mizani ya mwili na kemikali iligeuka kuwa tofauti. Msimamo huu usiokubalika ulisababisha kuanzishwa kwa kiwango cha kaboni cha wingi wa atomiki badala ya kiwango cha oksijeni.

Kiwango cha umoja cha wingi wa atomiki na kitengo kipya cha molekuli ya atomiki kilipitishwa na Bunge la Kimataifa la Wanafizikia (1960) na kuunganishwa na Congress ya Kimataifa ya Wanakemia (1961; miaka 100 baada ya Kongamano la 1 la Kimataifa la Wanakemia), badala ya vitengo viwili vya oksijeni vya molekuli ya atomiki - kimwili na kemikali. Oksijeni kemikali kitengo ni sawa na 0.999957 kitengo cha molekuli ya atomiki ya kaboni mpya. Katika kipimo cha kisasa, wingi wa atomiki wa oksijeni na hidrojeni kwa mtiririko huo ni 15.9994:1.0079... Kwa kuwa kitengo kipya cha molekuli ya atomiki kimefungwa kwa isotopu maalum, na si kwa wastani wa molekuli ya atomiki ya kipengele cha kemikali, tofauti za asili za isotopiki hufanya. haitaathiri ujanibishaji wa kitengo hicho.

(1766–1844) wakati wa mihadhara yake ilionyesha wanafunzi mifano ya atomi zilizochongwa kutoka kwa mbao, zikionyesha jinsi zinavyoweza kuungana na kuunda vitu mbalimbali. Mmoja wa wanafunzi alipoulizwa atomu ni nini, alijibu hivi: “Atomu ni mbao za rangi ambazo Bw. Dalton alivumbua.”

Kwa kweli, Dalton alijulikana sio kwa tumbo lake au hata kuwa mwalimu wa shule akiwa na umri wa miaka kumi na mbili. Kuibuka kwa nadharia ya kisasa ya atomiki kunahusishwa na jina la Dalton. Kwa mara ya kwanza katika historia ya sayansi, alifikiria juu ya uwezekano wa kupima wingi wa atomi na kupendekeza njia maalum za hii. Ni wazi kwamba haiwezekani kupima atomi moja kwa moja. Dalton alizungumza tu juu ya "uwiano wa uzani wa chembe ndogo zaidi za miili ya gesi na miili mingine," ambayo ni, juu ya wingi wao wa jamaa. Na hadi leo, ingawa misa ya atomi yoyote inajulikana haswa, haionyeshwa kwa gramu, kwani hii ni ngumu sana. Kwa mfano, wingi wa atomi ya urani - kipengele kizito zaidi kilichopo duniani - ni 3.952 10 -22 g tu. Kwa hiyo, wingi wa atomi huonyeshwa kwa vitengo vya jamaa, kuonyesha mara ngapi wingi wa atomi ya kipengele fulani. ni kubwa kuliko wingi wa atomi za elementi nyingine inayokubalika kama kiwango. Kwa kweli, hii ni "uwiano wa uzito" wa Dalton, i.e. misa ya atomiki ya jamaa.

Dalton alichukua wingi wa atomi ya hidrojeni kama kitengo cha misa, na kupata wingi wa atomi nyingine, alitumia asilimia ya misombo mbalimbali ya hidrojeni na vipengele vingine vilivyopatikana na watafiti tofauti. Kwa hivyo, kulingana na Lavoisier, maji yana 15% ya hidrojeni na oksijeni 85%. Kuanzia hapa Dalton alipata wingi wa atomiki wa oksijeni kuwa 5.67 (ikizingatiwa kuwa ndani ya maji kuna atomi moja ya oksijeni kwa kila atomi ya hidrojeni). Kulingana na data kutoka kwa mwanakemia Mwingereza William Austin (1754-1793) kuhusu utungaji wa amonia (80% nitrojeni na 20% hidrojeni), Dalton aliamua wingi wa atomiki wa nitrojeni kuwa 4 (pia akichukua idadi sawa ya hidrojeni na nitrojeni. atomi katika kiwanja hiki). Na kutokana na data juu ya uchambuzi wa baadhi ya hidrokaboni, Dalton alitoa thamani ya 4.4 kwa kaboni. Mnamo 1803, Dalton aliandaa jedwali la kwanza la ulimwengu la misa ya atomiki ya vitu fulani. Baadaye, jedwali hili lilipata mabadiliko makubwa sana; kuu zilitokea wakati wa uhai wa Dalton, kama inavyoweza kuonekana kutoka kwa jedwali lifuatalo, ambalo linaonyesha data kutoka kwa vitabu vya kiada vilivyochapishwa kwa miaka tofauti, na vile vile katika uchapishaji rasmi wa IUPAC - Jumuiya ya Kimataifa ya Kemia Safi na Inayotumika.

Kwanza kabisa, raia wa kawaida wa atomiki wa Dalton huvutia: ni mara kadhaa tofauti na za kisasa! Hii ni kutokana na sababu mbili. Ya kwanza ni kutokuwa sahihi kwa jaribio mwishoni mwa 18 - mwanzoni mwa karne ya 19. Wakati Gay-Lussac na Humboldt walisafisha muundo wa maji (12.6% H na 87.4% O), Dalton alibadilisha thamani ya molekuli ya atomiki ya oksijeni, akiichukua sawa na 7 (kulingana na data ya kisasa, maji yana 11.1% hidrojeni). Mbinu za kipimo zilipoboreshwa, misa ya atomiki ya vipengele vingine vingi iliboreshwa. Wakati huo huo, hidrojeni ilichaguliwa kwanza kuwa kitengo cha kipimo cha wingi wa atomiki, kisha oksijeni, na sasa kaboni.

Sababu ya pili ni mbaya zaidi. Dalton hakujua uwiano wa atomi za vipengele tofauti katika misombo tofauti, kwa hiyo alikubali nadharia rahisi zaidi ya uwiano wa 1: 1. Wanakemia wengi walidhani hivyo hadi fomula sahihi za utungaji wa maji (H 2 O) na amonia (NH 3) na misombo mingine mingi ilipoanzishwa kwa uhakika na kukubaliwa na wanakemia. Ili kuanzisha kanuni za vitu vya gesi, sheria ya Avogadro ilitumiwa, ambayo inaruhusu mtu kuamua molekuli ya jamaa ya dutu. Kwa vitu vya kioevu na ngumu, njia zingine zilitumiwa ( sentimita. UFAFANUZI WA UZITO WA MOLEKALI). Ilikuwa rahisi sana kuanzisha kanuni za misombo ya vipengele vya valency ya kutofautiana, kwa mfano, kloridi ya feri. Kiasi cha atomiki cha klorini kilikuwa tayari kinajulikana kutokana na uchanganuzi wa misombo yake kadhaa ya gesi. Sasa, ikiwa tunadhania kuwa katika kloridi ya chuma idadi ya atomi za chuma na klorini ni sawa, basi kwa kloridi moja molekuli ya atomiki ya chuma ilikuwa sawa na 27.92, na kwa nyingine - 18.62. Ilifuata kwamba fomula za kloridi FeCl 2 na FeCl 3, na A r (Fe) = 55.85 (wastani wa uchambuzi mbili). Uwezekano wa pili ni fomula FeCl 4 na FeCl 6, na A r (Fe) = 111.7 - ilitengwa kama haiwezekani. Misa ya atomiki ya kiasi cha yabisi ilisaidia kupata kanuni ya majaribio iliyoandaliwa mwaka wa 1819 na wanasayansi wa Kifaransa P.I. Dulong na A.T. Petit: bidhaa ya wingi wa atomiki na uwezo wa joto ni thamani ya mara kwa mara. Sheria ya Dulong-Petit ilifanya kazi vizuri sana kwa metali, ambayo iliruhusu, kwa mfano, Berzelius kufafanua na kusahihisha misa ya atomiki ya baadhi yao.

Unapozingatia wingi wa atomiki wa vipengele vya kemikali vilivyotolewa kwenye jedwali la mara kwa mara, utaona kwamba kwa vipengele tofauti hupewa kwa usahihi tofauti. Kwa mfano, kwa lithiamu - na takwimu 4 muhimu, kwa sulfuri na kaboni - na 5, kwa hidrojeni - na 6, kwa heliamu na nitrojeni - na 7, kwa fluorine - na 8. Kwa nini udhalimu huo?

Inabadilika kuwa usahihi ambao misa ya atomiki ya kitu fulani imedhamiriwa inategemea sio sana juu ya usahihi wa vipimo, lakini kwa sababu za "asili" ambazo hazitegemei wanadamu. Wanahusishwa na kutofautiana kwa muundo wa isotopiki wa kipengele fulani: katika sampuli tofauti uwiano wa isotopu sio sawa kabisa. Kwa mfano, maji yanapovukiza, molekuli zenye isotopu nyepesi ( sentimita. VIPENGELE VYA KIKEMIKALI) hidrojeni hupita kwenye awamu ya gesi kwa kasi kidogo kuliko molekuli nzito za maji zenye isotopu za H 2. Kwa sababu hiyo, kuna isotopu kidogo ya 2 H katika mvuke wa maji kuliko katika maji kioevu. Viumbe vingi pia vinashiriki isotopu za vipengele vya mwanga (kwao tofauti katika wingi ni muhimu zaidi kuliko vipengele nzito). Kwa hiyo, wakati wa photosynthesis, mimea hutoa upendeleo kwa isotopu ya mwanga 12 C. Kwa hiyo, katika viumbe hai, pamoja na mafuta na makaa ya mawe yanayotokana nao, maudhui ya isotopu nzito 13 C hupunguzwa, na katika dioksidi kaboni na carbonates hutengenezwa. kutoka kwake, kinyume chake, huongezeka. Viumbe vidogo vinavyopunguza sulfati pia hujilimbikiza isotopu ya mwanga 32 S, kwa hiyo kuna zaidi katika sulfates ya sedimentary. Katika "mabaki" ambayo hayakumbwa na bakteria, uwiano wa isotopu nzito 34 S ni kubwa zaidi. (Kwa njia, kwa kuchambua uwiano wa isotopu za sulfuri, wanajiolojia wanaweza kutofautisha chanzo cha sedimentary cha sulfuri kutoka kwa magmatic. Na kwa uwiano wa isotopu 12 C na 13 C, mtu anaweza hata kutofautisha sukari ya miwa kutoka kwa sukari ya beet!)

Kwa hivyo, kwa vipengele vingi haileti mantiki kutoa misa sahihi ya atomiki kwa sababu hutofautiana kidogo kutoka sampuli moja hadi nyingine. Kulingana na usahihi ambao misa ya atomiki hupewa, mtu anaweza kusema mara moja ikiwa "mgawanyo wa isotopu" wa kitu fulani hutokea kwa asili na jinsi nguvu. Lakini, kwa mfano, kwa fluorine molekuli ya atomiki hutolewa kwa usahihi wa juu sana; Hii ina maana kwamba molekuli ya atomiki ya florini katika chanzo chochote cha ardhi ni mara kwa mara. Na hii haishangazi: fluorine ni ya kile kinachoitwa mambo moja, ambayo kwa asili inawakilishwa na nuclide moja.

Katika jedwali la mara kwa mara, wingi wa vipengele vingine viko kwenye mabano. Hii inatumika hasa kwa actinides baada ya uranium (kinachojulikana vipengele vya transuranium), kwa vipengele vizito zaidi vya kipindi cha 7, na pia kwa nyepesi kadhaa; miongoni mwayo ni technetium, promethium, polonium, astatine, radoni, na francium. Ikiwa unalinganisha majedwali ya vipengele vilivyochapishwa katika miaka tofauti, utaona kwamba nambari hizi hubadilika mara kwa mara, wakati mwingine ndani ya miaka michache tu. Baadhi ya mifano imetolewa kwenye jedwali.

Sababu ya mabadiliko katika jedwali ni kwamba vitu vilivyoonyeshwa ni vya mionzi na havina isotopu moja thabiti. Katika hali kama hizo, ni kawaida kutoa misa ya atomiki ya nuclide iliyoishi kwa muda mrefu zaidi (kwa mfano, kwa radium) au nambari za misa; mwisho hutolewa kwa mabano. Wakati kipengele kipya cha mionzi kinapogunduliwa, kwanza hupata moja tu ya isotopu zake nyingi - nuclide maalum yenye idadi fulani ya neutroni. Kulingana na dhana za kinadharia, pamoja na uwezekano wa majaribio, wanajaribu kupata nuclide ya kitu kipya na maisha ya kutosha (nuclide kama hiyo ni rahisi kufanya kazi nayo), lakini hii haikuwezekana kila wakati "kwenye jaribio la kwanza." Kama sheria, na utafiti zaidi ikawa wazi kuwa nuclides mpya zilizo na maisha marefu zipo na zinaweza kuunganishwa, na kisha nambari iliyoingizwa kwenye Jedwali la Vipengee la D.I. Mendeleev ilibidi ibadilishwe. Hebu tulinganishe idadi ya wingi wa baadhi ya transuraniums, pamoja na promethium, zilizochukuliwa kutoka kwa vitabu vilivyochapishwa katika miaka tofauti. Katika mabano kwenye jedwali kuna data ya sasa ya maisha ya nusu. Katika machapisho ya zamani, badala ya alama zinazokubaliwa kwa sasa za vipengele 104 na 105 (Rf - rutherfordum na Db - dubnium), Ku - curchatium na Ns - nielsborium ilionekana.

Jedwali 2.
Kipengele Z Mwaka wa kuchapishwa
1951 1958 1983 2000
PM 61 147 (miaka 2.62) 145 (umri wa miaka 18) 145 145
Sura ya 94 239 (miaka 24100) 242 (3,76 . miaka 10 5) 244 (8,2 . miaka 10 7) 244
mimi 95 241 (miaka 432) 243 (miaka 7370) 243 243
cm 96 242 (siku 163) 245 (miaka 8500) 247 (1,58 . miaka 10 7) 247
Bk 97 243 (saa 4.5) 249 (siku 330) 247 (miaka 1400) 247
Sehemu ya 98 245 (dakika 44) 251 (miaka 900) 251 251
Es 99 – 254 (siku 276) 254 252 (siku 472)
Fm 100 – 253 (siku 3) 257 (siku 100.5) 257
MD 101 – 256 (dakika 76) 258 (siku 52) 258
Nambari 102 – – 255 (dakika 3.1) 259 (dakika 58)
Lr 103 – – 256 (sekunde 26) 262 (saa 3.6)
Rf 104 – – 261 (sekunde 78) 261
Db 105 – – 261 (sekunde 1.8) 262 (sekunde 34)

Kama inavyoonekana kutoka kwa jedwali, vitu vyote vilivyoorodheshwa ndani yake ni vya mionzi, nusu ya maisha yao ni chini ya umri wa Dunia (miaka bilioni kadhaa), kwa hivyo vitu hivi havipo kwa maumbile na hupatikana kwa njia ya bandia. Mbinu za majaribio zilipoboreshwa (muundo wa isotopu mpya na kipimo cha maisha yao), wakati mwingine iliwezekana kupata nyuklidi ambazo ziliishi maelfu na hata mamilioni ya mara zaidi kuliko ilivyojulikana hapo awali. Kwa mfano, wakati mwaka wa 1944 majaribio ya kwanza juu ya usanisi wa kipengele nambari 96 (baadaye kiliitwa curium) yalifanywa kwenye cyclotron ya Berkeley, uwezekano pekee wa kupata kipengele hiki wakati huo ulikuwa ni kuwasha viini vya plutonium-239 na chembe-chembe: 239 Pu + 4 Yeye ® 242 Cm + 1 n. Nuclide iliyosababishwa ya kipengele kipya ilikuwa na nusu ya maisha ya karibu miezi sita; iligeuka kuwa chanzo rahisi sana cha nishati, na baadaye ilitumiwa kwa kusudi hili, kwa mfano, kwenye vituo vya anga vya Marekani vya Surveyor. Hivi sasa, curium-247 imepatikana, ambayo ina nusu ya maisha ya miaka milioni 16, ambayo ni mara milioni 36 zaidi ya maisha ya nuclide ya kwanza inayojulikana ya kipengele hiki. Kwa hiyo mabadiliko yanayofanywa mara kwa mara katika jedwali la vipengele huenda yasihusishwe tu na ugunduzi wa vipengele vipya vya kemikali!

Kwa kumalizia, umegunduaje kwa uwiano gani isotopu tofauti zipo kwenye kipengele? Kwa mfano, kuhusu ukweli kwamba 35 Cl inachukua 75.77% ya klorini ya asili (iliyobaki ni 37 Cl isotopu)? Katika kesi hii, wakati kuna isotopu mbili tu katika kipengele cha asili, mlinganisho huo utasaidia kutatua tatizo.

Mnamo 1982, kama matokeo ya mfumuko wa bei, gharama ya shaba, ambayo sarafu ya senti moja ya Marekani ilitengenezwa, ilizidi dhehebu la sarafu. Kwa hiyo, kuanzia mwaka huu, sarafu zinafanywa kutoka kwa zinki za bei nafuu na zimefunikwa tu na safu nyembamba ya shaba juu. Wakati huo huo, maudhui ya shaba ya gharama kubwa katika sarafu yalipungua kutoka 95 hadi 2.5%, na uzito - kutoka 3.1 hadi 2.5 g Miaka michache baadaye, wakati mchanganyiko wa aina mbili za sarafu ulikuwa katika mzunguko, walimu wa kemia walitambua. kwamba sarafu hizi ( karibu haziwezi kutofautishwa kwa jicho) - zana bora ya "uchambuzi wa isotopiki", ama kwa wingi au kwa idadi ya sarafu za kila aina (sawa na misa au sehemu ya mole ya isotopu kwenye mchanganyiko). Wacha tufikirie kama hii: wacha tuwe na sarafu 210, kati ya ambayo kuna nyepesi na nzito (uwiano huu hautegemei idadi ya sarafu, ikiwa kuna nyingi sana). Hebu pia misa ya jumla ya sarafu zote iwe sawa na g 540. Ikiwa sarafu hizi zote zilikuwa za "aina ya mwanga", basi molekuli yao ya jumla itakuwa sawa na 525 g, ambayo ni 15 g chini ya moja halisi. Kwanini hivyo? Kwa sababu sio sarafu zote ni nyepesi: baadhi yao ni nzito. Kubadilisha sarafu moja ya mwanga na nzito husababisha kuongezeka kwa wingi wa jumla kwa 0.6 g. Tunahitaji kuongeza wingi kwa g 40. Kwa hiyo, kuna 15 / 0.6 = sarafu 25 za mwanga. Hivyo, katika mchanganyiko 25/210 = 0.119 au 11.9% sarafu nyepesi. (Bila shaka, baada ya muda, "uwiano wa isotopi" wa sarafu za aina tofauti utabadilika: kutakuwa na mwanga zaidi na zaidi, na chini na chini nzito. Kwa vipengele, uwiano wa isotopu katika asili ni mara kwa mara.)

Vile vile ni kweli katika kesi ya isotopu ya klorini au shaba: wastani wa molekuli ya atomiki ya shaba inajulikana - 63.546 (iliamuliwa na wanakemia kwa kuchambua misombo mbalimbali ya shaba), pamoja na wingi wa mwanga 64 Cu na nzito 65 Cu. isotopu za shaba (wingi hizi ziliamuliwa na wanafizikia kwa kutumia njia zao wenyewe, za mwili). Ikiwa kipengele kina isotopu zaidi ya mbili imara, uwiano wao unatambuliwa na mbinu nyingine.

Mints zetu, Moscow na St. Petersburg, pia, zinageuka, zilijenga "aina za isotopic" tofauti za sarafu. Sababu ni sawa - kupanda kwa bei ya chuma. Kwa hivyo, sarafu za ruble 10 na 20 mwaka 1992 zilitengenezwa kutoka kwa alloy ya shaba-nickel isiyo ya magnetic, na mwaka wa 1993 - kutoka kwa chuma cha bei nafuu, na sarafu hizi zinavutiwa na sumaku; kwa mwonekano wao ni sawa (kwa njia, baadhi ya sarafu za miaka hii ziliwekwa kwenye aloi "isiyo sawa"; sarafu kama hizo ni nadra sana, na zingine ni ghali zaidi kuliko dhahabu!). Mnamo 1993, sarafu za ruble 50 pia zilitengenezwa kutoka kwa aloi ya shaba, na katika mwaka huo huo (hyperinflation!) - kutoka kwa chuma kilichowekwa na shaba. Ukweli, wingi wa "aina zetu za isotopiki" za sarafu hazitofautiani kama zile za Amerika. Hata hivyo, kwa usahihi uzito wa rundo la sarafu hufanya iwezekanavyo kuhesabu jinsi sarafu nyingi za kila aina ziko ndani yao - kwa uzito, au kwa idadi ya sarafu, ikiwa idadi ya jumla imehesabiwa.

Ilya Leenson

Katika mchakato wa maendeleo ya sayansi, kemia ilikabiliwa na shida ya kuhesabu kiasi cha dutu kwa kutekeleza athari na vitu vilivyopatikana katika kozi yao.

Leo, kwa mahesabu kama haya ya athari za kemikali kati ya dutu na mchanganyiko, thamani ya misa ya atomiki iliyojumuishwa kwenye jedwali la mara kwa mara la vitu vya kemikali na D. I. Mendeleev hutumiwa.

Michakato ya kemikali na ushawishi wa uwiano wa kipengele katika dutu wakati wa majibu

Sayansi ya kisasa, kwa ufafanuzi wa "uwiano wa atomiki wa kipengele cha kemikali," inamaanisha mara ngapi wingi wa atomi ya kipengele fulani cha kemikali ni zaidi ya moja ya kumi na mbili ya atomi ya kaboni.

Pamoja na ujio wa enzi ya kemia, hitaji la uamuzi sahihi wa mwendo wa mmenyuko wa kemikali na matokeo yake ilikua.

Kwa hivyo, wanakemia walijaribu kila wakati kutatua shida ya misa halisi ya vitu vinavyoingiliana katika dutu. Mojawapo ya suluhisho bora wakati huo ilikuwa kujifunga kwa kitu chepesi zaidi. Na uzito wa atomi yake ukachukuliwa kuwa mmoja.

Kozi ya kihistoria ya kuhesabu jambo

Hapo awali, haidrojeni ilitumiwa, kisha oksijeni. Lakini njia hii ya kuhesabu iligeuka kuwa sahihi. Sababu ya hii ilikuwa uwepo wa isotopu na wingi wa 17 na 18 katika oksijeni.

Kwa hivyo, kuwa na mchanganyiko wa isotopu kitaalamu huzalisha idadi zaidi ya kumi na sita. Leo, wingi wa atomiki wa kitu huhesabiwa kulingana na uzito wa atomi ya kaboni iliyochukuliwa kama msingi, kwa uwiano wa 1/12.

Dalton aliweka misingi ya wingi wa atomiki wa kipengele

Muda tu baadaye, katika karne ya 19, Dalton alipendekeza kufanya mahesabu kwa kutumia kipengele cha kemikali nyepesi - hidrojeni. Katika mihadhara kwa wanafunzi wake, alionyesha kwenye takwimu zilizochongwa kutoka kwa mbao jinsi atomi zinavyounganishwa. Kwa vipengele vingine, alitumia data iliyopatikana hapo awali na wanasayansi wengine.

Kulingana na majaribio ya Lavoisier, maji yana asilimia kumi na tano ya hidrojeni na asilimia themanini na tano ya oksijeni. Kwa data hii, Dalton alihesabu kuwa wingi wa atomiki wa kitu kinachounda maji, katika kesi hii oksijeni, ni 5.67. Hitilafu katika hesabu zake inatokana na ukweli kwamba aliamini kimakosa kuhusu idadi ya atomi za hidrojeni katika molekuli ya maji.

Kwa maoni yake, kulikuwa na atomi moja ya hidrojeni kwa kila chembe ya oksijeni. Kwa kutumia data ya mwanakemia Austin kwamba amonia ina asilimia 20 ya hidrojeni na asilimia 80 ya nitrojeni, alikokotoa wingi wa atomiki wa nitrojeni. Kwa matokeo haya, alifikia hitimisho la kuvutia. Ilibadilika kuwa molekuli ya atomiki ya jamaa (fomula ya amonia ilichukuliwa kimakosa na molekuli moja ya hidrojeni na nitrojeni) ilikuwa nne. Katika mahesabu yake, mwanasayansi alitegemea mfumo wa upimaji wa Mendeleev. Kulingana na uchambuzi, alihesabu kuwa misa ya atomiki ya kaboni ni 4.4, badala ya kumi na mbili iliyokubaliwa hapo awali.

Licha ya makosa yake makubwa, ni Dalton ambaye alikuwa wa kwanza kuunda meza ya vipengele vingine. Ilipata mabadiliko ya mara kwa mara wakati wa maisha ya mwanasayansi.

Kijenzi cha isotopiki cha dutu huathiri thamani ya uwiano ya uzito wa atomiki

Wakati wa kuzingatia wingi wa atomiki wa vipengele, utaona kwamba usahihi kwa kila kipengele ni tofauti. Kwa mfano, kwa lithiamu ni tarakimu nne, na kwa fluorine ni tarakimu nane.

Tatizo ni kwamba sehemu ya isotopiki ya kila kipengele ni tofauti na si mara kwa mara. Kwa mfano, maji ya kawaida yana aina tatu za isotopu za hidrojeni. Hizi ni pamoja na, pamoja na hidrojeni ya kawaida, deuterium na tritium.

Masi ya atomiki ya isotopu ya hidrojeni ni mbili na tatu, kwa mtiririko huo. Maji "nzito" (yanayoundwa na deuterium na tritium) huvukiza kwa urahisi. Kwa hiyo, kuna isotopu chache za maji katika hali ya mvuke kuliko katika hali ya kioevu.

Uteuzi wa viumbe hai kwa isotopu tofauti

Viumbe hai vina mali ya kuchagua kuelekea kaboni. Ili kujenga molekuli za kikaboni, kaboni yenye molekuli ya atomiki ya kumi na mbili hutumiwa. Kwa hiyo, vitu vya asili ya kikaboni, pamoja na idadi ya madini kama vile makaa ya mawe na mafuta, yana maudhui ya isotopiki kidogo kuliko vifaa vya isotomiki.
Microorganisms zinazosindika na kujilimbikiza sulfuri huacha nyuma ya isotopu ya sulfuri 32. Katika maeneo ambayo bakteria hawana mchakato, uwiano wa isotopu ya sulfuri ni 34, yaani, juu zaidi. Ni kwa msingi wa uwiano wa sulfuri katika miamba ya udongo ambapo wanajiolojia hufikia hitimisho kuhusu asili ya asili ya safu - ikiwa ina asili ya magmatic au sedimentary.

Kati ya vipengele vyote vya kemikali, moja tu haina isotopu - fluorine. Kwa hiyo, molekuli yake ya atomiki ya jamaa ni sahihi zaidi kuliko vipengele vingine.

Kuwepo kwa vitu visivyo na utulivu katika asili

Kwa vipengele vingine, wingi wa jamaa huonyeshwa kwenye mabano ya mraba. Kama unaweza kuona, hizi ni vitu vilivyowekwa baada ya urani. Ukweli ni kwamba hawana isotopu imara na kuoza na kutolewa kwa mionzi ya mionzi. Kwa hiyo, isotopu imara zaidi inaonyeshwa kwenye mabano.

Baada ya muda, ikawa wazi kwamba inawezekana kupata isotopu imara kutoka kwa baadhi yao chini ya hali ya bandia. Ilihitajika kubadilisha misa ya atomiki ya vitu vingine vya transuranium kwenye jedwali la upimaji.

Katika mchakato wa kuunganisha isotopu mpya na kupima urefu wa maisha yao, wakati mwingine iliwezekana kugundua nyuklidi na nusu ya maisha mamilioni ya mara zaidi.

Sayansi haisimama tuli; vipengele vipya, sheria, na uhusiano kati ya michakato mbalimbali katika kemia na asili hugunduliwa kila mara. Kwa hiyo, ni aina gani ya kemia na mfumo wa upimaji wa vipengele vya kemikali wa Mendeleev utaonekana katika siku zijazo, miaka mia moja kutoka sasa, haijulikani na haijulikani. Lakini ningependa kuamini kwamba kazi za wanakemia zilizokusanywa katika karne zilizopita zitatumikia ujuzi mpya, wa juu zaidi wa wazao wetu.

Misa ya atomiki ni jumla ya wingi wa protoni, neutroni na elektroni zote zinazounda atomi au molekuli. Ikilinganishwa na protoni na neutroni, wingi wa elektroni ni mdogo sana, kwa hiyo hauzingatiwi katika mahesabu. Ingawa hii si sahihi rasmi, neno hili mara nyingi hutumiwa kurejelea wastani wa wingi wa atomiki wa isotopu zote za kipengele. Hii ni kweli misa ya atomiki ya jamaa, pia inaitwa uzito wa atomiki kipengele. Uzito wa atomiki ni wastani wa wingi wa atomiki wa isotopu zote za kipengele kinachopatikana katika asili. Wanakemia lazima watofautishe kati ya aina hizi mbili za molekuli ya atomiki wakati wa kufanya kazi yao - molekuli isiyo sahihi ya atomiki inaweza, kwa mfano, kusababisha matokeo yasiyo sahihi kwa mavuno ya majibu.

Hatua

Kupata molekuli ya atomiki kutoka kwa jedwali la mara kwa mara la vipengele

    Jifunze jinsi molekuli ya atomiki inavyoandikwa. Misa ya atomiki, ambayo ni, wingi wa atomi au molekuli fulani, inaweza kuonyeshwa kwa vitengo vya kawaida vya SI - gramu, kilo, na kadhalika. Walakini, kwa sababu misa ya atomiki iliyoonyeshwa katika vitengo hivi ni ndogo sana, mara nyingi huandikwa katika vitengo vya molekuli vya atomiki, au amu kwa kifupi. - vitengo vya molekuli ya atomiki. Sehemu moja ya molekuli ya atomiki ni sawa na 1/12 ya molekuli ya isotopu ya kawaida ya kaboni-12.

    • Kitengo cha molekuli ya atomiki kinaashiria misa mole moja ya kipengele fulani katika gramu. Thamani hii ni muhimu sana katika mahesabu ya vitendo, kwani inaweza kutumika kubadilisha kwa urahisi wingi wa idadi fulani ya atomi au molekuli ya dutu fulani kuwa moles, na kinyume chake.

  1. Pata misa ya atomiki kwenye jedwali la upimaji. Jedwali nyingi za kawaida za upimaji huwa na wingi wa atomiki (uzito wa atomiki) wa kila kipengele. Kwa kawaida, zimeorodheshwa kama nambari iliyo chini ya seli ya kipengele, chini ya herufi zinazowakilisha kipengele cha kemikali. Kawaida hii sio nambari nzima, lakini sehemu ya desimali.

    Kumbuka kwamba jedwali la upimaji linatoa wastani wa wingi wa atomiki wa vipengele. Kama ilivyoonyeshwa hapo awali, misa ya atomi ya jamaa iliyotolewa kwa kila kipengele kwenye jedwali la upimaji ni wastani wa wingi wa isotopu zote za atomi. Thamani hii ya wastani ni ya thamani kwa madhumuni mengi ya vitendo: kwa mfano, hutumiwa katika kuhesabu molekuli ya molar ya molekuli inayojumuisha atomi kadhaa. Walakini, unaposhughulika na atomi za kibinafsi, thamani hii kawaida haitoshi.

    • Kwa kuwa wastani wa wingi wa atomiki ni wastani wa isotopu kadhaa, thamani iliyoonyeshwa kwenye jedwali la upimaji sio sahihi thamani ya molekuli ya atomi ya atomi yoyote.
    • Misa ya atomi ya atomi ya mtu binafsi lazima ihesabiwe kwa kuzingatia idadi kamili ya protoni na neutroni katika atomi moja.

Kuhesabu misa ya atomiki ya atomi ya mtu binafsi

  1. Tafuta nambari ya atomiki ya kipengele fulani au isotopu yake. Nambari ya atomiki ni idadi ya protoni katika atomi za kipengele na haibadiliki kamwe. Kwa mfano, atomi zote za hidrojeni, na pekee wana protoni moja. Nambari ya atomiki ya sodiamu ni 11 kwa sababu ina protoni kumi na moja kwenye kiini chake, wakati idadi ya atomiki ya oksijeni ni nane kwa sababu ina protoni nane kwenye kiini chake. Unaweza kupata nambari ya atomiki ya kitu chochote kwenye jedwali la upimaji - karibu matoleo yake yote ya kawaida, nambari hii imeonyeshwa juu ya muundo wa herufi ya kitu cha kemikali. Nambari ya atomiki daima ni nambari chanya.

    • Tuseme tunavutiwa na atomi ya kaboni. Atomu za kaboni daima zina protoni sita, kwa hivyo tunajua kuwa nambari yake ya atomiki ni 6. Kwa kuongezea, tunaona kwamba katika jedwali la upimaji, juu ya seli yenye kaboni (C) ni nambari "6", ikionyesha kuwa atomiki. nambari ya kaboni ni sita.
    • Kumbuka kwamba nambari ya atomiki ya kipengele haihusiani kipekee na wingi wake wa atomiki katika jedwali la upimaji. Ingawa, haswa kwa vipengee vilivyo juu ya jedwali, inaweza kuonekana kuwa misa ya atomiki ya kipengele ni mara mbili ya nambari yake ya atomiki, kamwe haihesabiwi kwa kuzidisha nambari ya atomiki kwa mbili.

  2. Tafuta idadi ya neutroni kwenye kiini. Idadi ya neutroni inaweza kuwa tofauti kwa atomi tofauti za kipengele kimoja. Wakati atomi mbili za kipengele sawa na idadi sawa ya protoni zina idadi tofauti ya neutroni, ni isotopu tofauti za kipengele hicho. Tofauti na idadi ya protoni, ambayo haibadiliki kamwe, idadi ya neutroni kwenye atomi za kitu fulani inaweza kubadilika mara nyingi, kwa hivyo misa ya atomiki ya wastani ya kitu huandikwa kama sehemu ya desimali na thamani iko kati ya nambari mbili zilizo karibu.

    Ongeza idadi ya protoni na neutroni. Hii itakuwa molekuli ya atomi ya atomi hii. Puuza idadi ya elektroni zinazozunguka kiini - jumla ya misa yao ni ndogo sana, kwa hivyo hazina athari kwenye hesabu zako.

Kukokotoa wingi wa atomiki (uzito wa atomiki) wa kipengele

  1. Amua ni isotopu zipi zilizomo kwenye sampuli. Wanakemia mara nyingi huamua uwiano wa isotopu wa sampuli fulani kwa kutumia chombo maalum kinachoitwa spectrometer ya molekuli. Walakini, katika mafunzo, data hii itatolewa kwako katika kazi, majaribio, na kadhalika kwa njia ya maadili yaliyochukuliwa kutoka kwa fasihi ya kisayansi.

    • Kwa upande wetu, hebu sema kwamba tunashughulika na isotopu mbili: kaboni-12 na kaboni-13.

  2. Amua wingi wa jamaa wa kila isotopu kwenye sampuli. Kwa kila kipengele, isotopu tofauti hutokea kwa uwiano tofauti. Uwiano huu karibu kila mara huonyeshwa kama asilimia. Baadhi ya isotopu ni ya kawaida sana, wakati wengine ni nadra sana - wakati mwingine ni nadra sana kwamba ni vigumu kugundua. Thamani hizi zinaweza kuamuliwa kwa kutumia spectrometry ya wingi au kupatikana katika kitabu cha marejeleo.

    • Wacha tufikirie kuwa mkusanyiko wa kaboni-12 ni 99% na kaboni-13 ni 1%. Isotopu zingine za kaboni kweli zipo, lakini kwa idadi ndogo sana kwamba katika kesi hii wanaweza kupuuzwa.

  3. Zidisha misa ya atomiki ya kila isotopu kwa ukolezi wake katika sampuli. Zidisha misa ya atomiki ya kila isotopu kwa wingi wake wa asilimia (unaoonyeshwa kama desimali). Ili kubadilisha asilimia kuwa desimali, zigawe kwa 100. Viwango vinavyotokana vinapaswa kujumlisha hadi 1 kila wakati.

    • Sampuli yetu ina kaboni-12 na kaboni-13. Ikiwa kaboni-12 hufanya 99% ya sampuli na kaboni-13 hufanya 1%, kisha zidisha 12 (molekuli ya atomiki ya kaboni-12) na 0.99 na 13 (molekuli ya atomiki ya kaboni-13) na 0.01.
    • Vitabu vya marejeleo vinatoa asilimia kulingana na idadi inayojulikana ya isotopu zote za kipengele fulani. Vitabu vingi vya kiada vya kemia vina habari hii kwenye jedwali mwishoni mwa kitabu. Kwa sampuli inayosomwa, viwango vya jamaa vya isotopu vinaweza pia kuamuliwa kwa kutumia spectrometer ya wingi.

  4. Ongeza matokeo. Hitimisho la matokeo ya kuzidisha uliyopata katika hatua ya awali. Kama matokeo ya operesheni hii, utapata misa ya atomiki ya kitu chako - thamani ya wastani ya misa ya atomiki ya isotopu ya kitu kinachohusika. Wakati kipengele kwa ujumla kinazingatiwa, badala ya isotopu maalum ya kipengele fulani, thamani hii hutumiwa.

    • Katika mfano wetu, 12 x 0.99 = 11.88 kwa kaboni-12, na 13 x 0.01 = 0.13 kwa kaboni-13. Masi ya atomiki ya jamaa katika kesi yetu ni 11.88 + 0.13 = 12,01 .
  • Baadhi ya isotopu hazina uthabiti zaidi kuliko zingine: hugawanyika katika atomi za elementi zilizo na protoni chache na neutroni kwenye kiini, ikitoa chembe zinazounda kiini cha atomiki. Isotopu kama hizo huitwa radioactive.

Misa ya atomi na molekuli ni ndogo sana. Kwa hivyo, ilikuwa ni busara kuanzisha vitengo vipya vya kipimo cha misa katika kemia, kuchagua misa ya moja ya vitu kama kiwango. Katika fizikia ya kisasa na kemia, misa 112 ya atomi ya kaboni 12C huchaguliwa kama kitengo cha misa ya atomiki. Kitengo kipya kiliitwa kitengo cha misa ya atomiki.

UFAFANUZI

Kitengo cha wingi wa atomiki (a.m.u.)- kitengo cha ziada cha utaratibu kinachotumiwa kuelezea wingi wa atomi, molekuli, nuclei za atomiki na chembe za msingi. Inafafanuliwa kama molekuli 112 za atomi ya kaboni ya 12C katika hali ya chini.

1 amu = 1.660539040⋅10−27 kg ≈ 1.66⋅10−27 kg

Kwa hivyo, wingi wa atomi na molekuli zote zinaweza kuonyeshwa katika vitengo vya molekuli ya atomiki. Katika hali kama hizi tunazungumza misa ya atomiki kabisa(A) au uzito kamili wa Masi(molMmol). Kiasi hiki kina mwelekeo [amu].

Ni rahisi sana kuelezea misa ya atomiki ya vitu vyote vinavyohusiana na wingi wa kitengo cha kumbukumbu. Uzito wa atomi, uliohesabiwa kuhusiana na 1 amu, unaitwa misa ya atomiki ya jamaa.

UFAFANUZI

Uzito wa atomiki wa kipengele Ar ni uwiano wa wingi wa atomi kwa misa 112 ya atomi ya kaboni 12C:

Ar(X)=m(X)112m(12C)

Uzito wa atomiki wa jamaa ni wingi usio na kipimo!

Uzito wa atomi unaohusiana unaonyesha ni mara ngapi uzito wa atomi fulani ni mkubwa zaidi ya mara 112 ya uzito wa atomi ya kaboni. Kwa mfano, Ar(H)=1, i.e. atomi moja ya hidrojeni ina wingi sawa na atomi 112 za kaboni; na kuandika Ar(Mg)=24 ina maana kwamba atomi ya magnesiamu ina uzito mara 24 kuliko atomi 112 za kaboni.

Hapo awali (katika karne ya 19), uzani wa atomiki wa vitu vilihusiana na wingi wa hidrojeni, ikichukua mwisho kama moja, kwa pendekezo la John Dalton, kwani hidrojeni ndio nyenzo nyepesi zaidi. Kisha, molekuli ya oksijeni, iliyochukuliwa kama 16, ilitumiwa kama kiwango, kwani wakati wa kuhesabu wingi wa vipengele, misombo yao ya oksijeni ilitumiwa hasa. Uwiano wa wingi wa oksijeni kwa wingi wa hidrojeni ulichukuliwa kama 16 hadi 1. Hata hivyo, oksijeni ina isotopu tatu: 16O , 17O , 18O , kwa hiyo, 1/16 ya uzito wa oksijeni ya asili ilikuwa na sifa tu kwa thamani ya wastani ya wingi wa isotopu zote za oksijeni zinazojulikana. Kama matokeo, mizani miwili iliundwa: ya mwili (kulingana na misa 16O ) na kemikali (kulingana na wingi wa wastani wa oksijeni ya asili), ambayo iliunda matatizo fulani. Kwa hivyo, mnamo 1961, 1/12 ya uzani wa atomi ya kaboni ilipitishwa kama kitengo cha misa. 12C .

Misa ya atomiki ya vitu vingi ilianzishwa kwa majaribio katika karne ya 19. Kwa mfano, ilijulikana kuwa shaba humenyuka na sulfuri kuunda sulfidi ya shaba ya muundo CuS , ambapo kuna atomi moja ya sulfuri kwa kila chembe ya shaba. Baada ya kuhesabu wingi wa waliojiunga



katika mmenyuko wa sulfuri na shaba, waliona kwamba wingi wa sulfuri iliyosababishwa ni nusu ya wingi wa shaba iliyosababishwa, na kwa hiyo, kila atomi ya shaba ni mara 2 nzito kuliko atomi ya sulfuri. Vivyo hivyo, misa ya atomiki ya vitu vingine ilianzishwa na athari za malezi ya misombo yao na oksijeni - oksidi.

Thamani za nambari za misa kamili ya atomi, iliyoonyeshwa kwa amu, sanjari na maadili ya misa ya atomiki ya jamaa.

Thamani za misa ya atomiki ya vitu hupewa katika Jedwali la Muda la Vipengele vya Kemikali na D.I. Mendeleev. Ikiwa kipengele kina isotopu kadhaa, wastani wa wingi wa isotopu zote huonyeshwa kama misa ya atomiki kwenye jedwali la upimaji.

Wakati wa kutatua matatizo ya hesabu molekuli ya atomiki ni mviringo kulingana na sheria za hesabu, hadi nambari kamili ya karibu.

Kwa mfano: Ar(P)=31, Ar(Ge)=73, Ar(Zn)=65

Isipokuwa klorini, misa ya atomiki ambayo imezungushwa hadi sehemu ya kumi iliyo karibu:

Walakini, katika shida nyingi za mitihani na kiwango cha msingi, wingi wa shaba huzungushwa hadi nambari nzima iliyo karibu: Ar(Cu)=64.

UHESABU WA WASTANI WA MISA ATOMIKI YA KIPINDI

Misa ya atomiki ya vipengee vilivyotolewa katika jedwali la upimaji vina thamani za sehemu. Hii ni kutokana na ukweli kwamba katika kesi hii tunazungumzia wastani wa molekuli ya atomiki ya kipengele. Imehesabiwa kwa kuzingatia wingi wa isotopu za kitu kwenye ukoko wa dunia:

Ar(X)=Ar(aX)⋅ω(aX)+Ar(bX)⋅ω(bX)+…,

ambapo Ar ni wastani wa misa ya atomiki ya kipengele X,

Ar(aX),Ar(bX) - wingi wa atomiki wa isotopu ya kipengele X,

ω(aX), ω(bX) - sehemu kubwa ya isotopu sambamba ya kipengele X kuhusiana na jumla ya molekuli ya atomi zote za kipengele hiki katika asili.

Kwa mfano, klorini ina isotopu mbili za asili - 35Cl (75.78% kwa wingi) na 37Cl (24.22%). Uzito wa atomiki wa kipengele cha klorini ni:

Ar(Cl)=Ar(35Cl)⋅ω(35Cl)+Ar(37Cl)⋅ω(37Cl)

Ar(Cl)=35⋅0.7578+37⋅0.2422=26.523+8.9614=35.4844≈35.5