Relatīvā atommasa — kas tā ir, kā to aprēķina un kāpēc svarīga

Relatīvā atommasa (saukta arī par atommasu; simbols: _Ar) ir mērvienība, kas parāda, cik smagi ir atomi. Tā ir noteikta parauga elementa atoma vidējās masas attiecība pret 1/12 oglekļa-12 atoma masas. Citiem vārdiem sakot, relatīvā atommasa norāda, cik reižu elementa vidējais atoms no konkrētā parauga ir smagāks par vienu divpadsmito daļu oglekļa-12 atoma. Vārds relatīvā atommasa relatīvajā atommasā attiecas uz šo mērogošanu attiecībā pret oglekli-12. Relatīvās atommasas vērtības ir attiecība; relatīvā atommasa ir bezizmēra lielums. Relatīvā atommasa ir tas pats, kas atommasa, kas ir vecāks termins.

Atoma protonu skaits nosaka, kāds elements tas ir. Tomēr lielākā daļa dabā sastopamo elementu sastāv no atomiem ar dažādu skaitu neitronu. Elementa atomu ar noteiktu neitronu skaitu sauc par izotopu. Piemēram, elementam tallijam ir divi izplatīti izotopi: tallijs-203 un tallijs-205. Abiem tallija izotopiem ir 81 protons, bet tallijam-205 ir 124 neitroni, kas ir par 2 vairāk nekā tallijam-203, kuram ir 122 neitroni. Katram izotopam ir sava masa, ko sauc par izotopisko masu. Relatīvā izotopa masa ir izotopa masa attiecībā pret 1/12 oglekļa-12 atoma masas. Izotopa relatīvā izotopiskā masa ir aptuveni vienāda ar tā masas numuru, kas ir protonu un neitronu skaits kodolā. Tāpat kā relatīvās atomu masas vērtības, arī relatīvās izotopu masas vērtības ir attiecība bez mērvienībām.

Elementa parauga relatīvo atommasu var noteikt, aprēķinot relatīvo izotopu masas vidējo svērto daudzumu. Piemēram, ja tallija paraugs sastāv no 30 % tallija-203 un 70 % tallija-205,

A r = ( 203 × 30 ) + ( 205 × 70 ) 100 = ( 6090 ) + ( 14350 ) 100 = 20440 100 = 204,4 {\displaystyle A_{r}={\frac {(203\reiz 30)+(205\reiz 70)}{100}}}={\frac {(6090)+(14350)}{100}}={\frac {20440}{100}}}=204,4}}

Paredzams, ka diviem elementa paraugiem, kas sastāv no vairāk nekā viena izotopa un kas iegūti no diviem attālināti izvietotiem avotiem uz Zemes, būs nedaudz atšķirīgas relatīvās atommasas. Tas ir tāpēc, ka katra izotopa proporcijas dažādās vietās ir nedaudz atšķirīgas.

Standarta atommasa ir vairāku normālu elementa paraugu relatīvo atommasu vidējā vērtība. Standarta atommasas vērtības regulāri publicē Starptautiskās teorētiskās un lietišķās ķīmijas savienības (IUPAC) Izotopu daudzuma un atommasas komisija. Katra elementa standarta atomu masas ir norādītas periodiskajā tabulā.

Bieži termins relatīvā atommasa tiek lietots, lai apzīmētu standarta atommasu. Tas nav gluži pareizi, jo relatīvā atommasa ir mazāk specifisks termins, kas attiecas uz atsevišķiem paraugiem. Atsevišķu elementa paraugu relatīvā atommasa var atšķirties no elementa standarta atommasas. Piemēram, paraugam no citas planētas relatīvā atommasa var būt ļoti atšķirīga no Zemes standarta vērtības.

Relatīvā atommasa nav tas pats, kas:

• Atoma skaitlis (Z) — tas ir protonu skaits atomā un nosaka elementa ķīmiskās īpašības. Tas nav masa.
• Masas skaitlis (A) — vesels skaitlis, kas vienādo protonu un neitronu kopējo skaitu konkrētā izotopā (piem., 12 oglekļa-12). Tas atšķiras no relatīvās atommasas, kas ir svērtā vidējā izotopu masa paraugā.
• Izotopa relatīvā masa — attiecas uz konkrēta izotopa masu attiecībā pret 1/12 oglekļa-12; relatīvā atommasa attiecas uz parauga vidējo vērtību, ņemot vērā izotopu sastopamību.
• Atoma masa vienība (u) — 1 u (dažkārt dēvēta par daltonu) ir definēta kā 1/12 oglekļa-12 atoma masas (~1.660539×10⁻²⁷ kg). Relatīvā atommasa ir bezdimensiju attiecība pret šo etalonu.
• Molārā masa — masa vienam molam vielas, izteikta g·mol⁻¹. Molārā masa skaitliski ir ļoti tuvs elementa relatīvajai atommasai, bet tai ir mērvienība (g·mol⁻¹).

Kā relatīvā atommasa tiek noteikta praksē

Relatīvās atommasas un izotopu attiecības parasti nosaka ar masu spektrometriju. Modernie masas spektrometri ļauj ļoti precīzi izmērīt attiecīgā elementa izotopu masas un to relatīvo intensitāti paraugā. No iegūtajām izotopu attiecībām aprēķina svērto vidējo, kas dod parauga relatīvo atommasu. Lai noteiktu standarta atommasas vērtības, IUPAC apkopo datus no daudziem laboratoriju mērījumiem un veic statistisku analīzi.

Kāpēc relatīvā atommasa ir svarīga

• To izmanto stehiometrijā, lai aprēķinātu, cik daudz vielas nepieciešams reakcijai vai cik daudz produktu iegūs — molārā masa pamatojas uz relatīvajām atommasām.
• Ķīmiskajā analīzē un materiālu pētniecībā izmaiņas izotopu sastāvā var norādīt uz ģeoloģiskiem vai bioloģiskiem procesiem; relatīvā atommasa palīdz interpretēt šos datus.
• Precīza atommasu zināšana ir svarīga farmācijā, jaunu materiālu izstrādē un fizikālos aprēķinos (piemēram, termodinamika, kvantu ķīmija).

IUPAC, standartvērtības un to nenoteiktība

IUPAC publicē periodiskajā tabulā elementu standarta atommasas ar norādītajām nenoteiktībām vai, dažos gadījumos, ar intervāliem tiem elementiem, kuru relatīvā atommasa novērojami mainās atkarībā no avota (piemēram, ūdeņraža, borona u. c.). Šīs standartvērtības ļauj ķīmiķiem un laboratorijām visā pasaulē izmantot vienotu bāzi tabulētiem aprēķiniem.

Piezīmes par mainīgumu

Dabā izotopu attiecības var mainīties gan ģeogrāfiski, gan procesa (frakcionācijas) dēļ — piemēram, bioloģiskie procesi, ūdens cikls un atomelementu mobilitāte var nedaudz mainīt izotopu attiecības. Tāpēc diviem Zemes paraugiem relatīvās atommasas var nelielā mērā atšķirties, kā minēts iepriekš.

Ja nepieciešams, varam pievienot piemērus konkrētiem elementiem (piem., hlors, svins, ogleklis) un parādīt, kā to relatīvās atommasas un izotopu attiecības ietekmē praktiskus aprēķinus.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir relatīvā atommasa?

J: Ko nozīmē vārds "relatīva" relatīvajā atomu masā?

J: Ar ko izotopi atšķiras viens no otra?

J: Kā mēs varam aprēķināt parauga relatīvo atommasu?

J: Kas ir standarta atommasa?

J: Kā paraugi, kas ņemti no dažādām vietām, var atšķirties pēc to relatīvajām atomu masām?

Meklēt pēc burta