Маса атома Курс хімії другого рівня

Курс хімії другого рівня - Конституція та перетворення речовини - Частина 1: від макроскопічного масштабу до мікроскопічного масштабу - B) Моделювання речовини в мікроскопічному масштабі - Ядро атома, місце його маси та його ідентичність

Маса нуклонів

Нуклони - це частинки, що складають атомні ядра, існує два види: протони та нейтрони.

Точна маса протона становить мпротон = 1,6726231 x 10 -27 кг (джерело IUPAC)
Точна маса нейтрона становить мнеутрон = 1,674 9286 х 10 -27 кг (джерело IUPAC)

Протон і нейтрон мають дуже близькі маси, але не зовсім однакові, проте, якщо задовольнити вираження цих двох мас трьома значущими цифрами, то можна зробити наближення, що вони мають загальне значення 1,67 х 10 -27 кг.

Ми можемо пам’ятати, що маса нуклона (протона або нейтрона) становить приблизно:

хв = 1,67x 10 -27 кг

Маса атомного ядра

Масу атомного ядра можна обчислити, додавши масу всіх його компонентів: нейтронів і протонів.
Кількість протонів у ядрі відповідає атомному номеру Z, тоді як число нейтронів відповідає різниці між масовим числом та атомним номером (A-Z). Тому точну масу атомного ядра можна отримати, обчисливши:

матом = Z х мпротон + (A-Z) х мнеутрон

Цей розрахунок можна спростити, якщо зробити наближення, що нейтрони і протони мають однакову масу (див. Попередній параграф). У цьому випадку загальна маса ядра відповідає добутку масового числа на масу нуклона:

• матома маса атома (в кг)
• Масове число
• mn = 1,67x 10 -27 кг, маса нуклона

Приклади

• Маса ядра ізотопу вуглецю 12 (A = 12) становить:
  mnC = A x mn
  mnC = 12 x 1,67x 10 -27
  mnC = 2,00,10 -26 кг
• Маса ядра ізотопу урану 235 (A = 235) становить:
  mnU = A x mn
  mnU = 235 x 1,67x 10 -27
  mnU = 3,92,10 -25 кг

Маса електронів

Точна маса електрона:

мені = 9,109 3897 х 10 -31 кг

Маса електронної процесії

Оскільки атом є електрично нейтральним, негативний заряд електронів і позитивний заряд ядра компенсують один одного. Отже, в атомі стільки електронів, скільки протонів, а атомний номер Z також відповідає кількості електронів.

Отже, маса "m" електронної процесії атома є добутком атомного номера цього атома на масу електрона:

• mcort - маса електронної процесії (у кг)
• Z - атомний номер атома
• me - маса електрона (me = 9,109 3897 x 10 -31 кг)

Приклади

• Атом вуглецю (Z = 12) має електронну масову процесію:
  mcort (C) = Z x me
  mcort (C) = 12 x 9,109 3897 x 10 -31
  mcort (C) = 1,093 1268 x 10 - 29 кг
• Атом урану (Z = 92) має електронну масову процесію:
  mcort (U) = Z x me
  mcort (U) = 92 x 9,109 3897 x 10 -31
  mcort (U) = 8 380 6385 x 10 - 29 кг

Порівняння маси ядра та електронної процесії

Маса нуклона (компонента ядра) mn = 1,67x 10 -27 кг
Маса електрона (складової електронної процесії) становить me = 9,10 х 10 -31 кг
Отже, масове відношення нуклона до електронного становить:

Маса нуклона майже в 2000 разів більша за електрон.

Крім того, кількість електронів ніколи не перевищує кількості нуклонів, оскільки воно відповідає кількості протонів, тоді як нуклони включають протони, але також нейтрони.

Отже, маса електронної процесії незначна порівняно з масою ядра:

маса атома зосереджена в його ядрі.

Обчисліть масу атома

Приблизний розрахунок маси атома можна зробити, додавши масу різних його компонентів.

Якщо нас задовольняє значення маси, що складається з трьох значущих цифр, то ми можемо зробити два наближення:

• Нуклони (протони та нуклони) мають однакову масу, тобто mn = 1,67x 10 -27 кг
• Маса електронів незначна порівняно з масою ядра

Тоді ми можемо вважати, що маса атома відповідає масі його ядра, і тоді ми можемо обчислити його, помноживши кількість нуклонів (A) на масу нуклона (mn):

матом = A x mn

• матом - маса атома (у кг)
• mn - маса нуклона (при 1,67x 10 -27 кг)
• A - масове число (кількість нуклонів)

Приклади

• Маса атома алюмінію (A = 27):
  m (Al) = A x mn
  м (Al) = 27 x 1,67x 10 -27
  м (Al) = 4,51,10 -2 6 кг
• Маса атома фтору (A = 19):
  m (F) = A x mn
  м (F) = 19 x 1,67x 10 -27
  м (Ж) = 3,17,10 -2 6 кг

Обчисліть масу одноатомного іона

Моноатомний іон відрізняється від атома лише дефектом або надлишком електронів, але останніми можна знехтувати при розрахунку маси атома, а отже, ними також можна знехтувати при розрахунку маси іона:

Маса іонів відповідає масі його ядра

Одноатомний іон має таку ж масу, як і атом, з якого він походить.

Одноатомний іон масового числа A має масу:

Йти далі: дефект маси

Якщо порівняти з точністю масу атомного ядра та масу його нуклонів, взятих окремо, то ми отримаємо різницю:

Маса ядра, де нуклони зв’язані між собою, завжди трохи менше маси його нуклонів, коли вони відокремлені та незалежні.

Ця різниця називається "масовою несправністю".

Куди поділася ця маса? Частина маси нуклонів перетворена в енергію зв’язку, яка утримує ці нуклони разом.

Це відома формула "E = m.c 2", яка враховує можливе перетворення маси в енергію (або навпаки).

У більшості атомних ядер дефект маси близький до 1%, тобто фактична маса ядра має масу приблизно на 1% менше загальної маси його ізольованих нуклонів.

---