น้ำหนักอะตอมคือมวลเฉลี่ยของอะตอมของธาตุเคมีบางอย่าง เป็นที่รู้จักและใช้แทนกันได้ว่ามวลอะตอมแม้ว่าความหมายของแต่ละตัวจะแตกต่างกัน
คำว่า 'น้ำหนัก' ในทางฟิสิกส์หมายถึงแรงที่กระทำในสนามโน้มถ่วงซึ่งแสดงเป็นหน่วยของแรงเช่นนิวตัน อย่างไรก็ตามตั้งแต่ปี 1908 มีการใช้คำว่าน้ำหนักอะตอมซึ่งปัจจุบันเป็นที่รู้จักกันดีในชื่อมวลอะตอมสัมพัทธ์ นั่นคือมีความหมายเหมือนกัน
ที่มา: Pexels
อะตอมมีขนาดเล็กจำนวนมากและแตกต่างกันมากแม้จะเป็นองค์ประกอบเดียวกันจึงไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะกำหนดขนาดทางกายภาพเช่นมวล เมื่อเวลาผ่านไปการเลือกหน่วยที่แสดงถึงน้ำหนักหรือมวลอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีมีความหลากหลาย
ในขั้นต้นมวลของอะตอมที่เล็กที่สุดซึ่งก็คืออะตอมของไฮโดรเจน (H) ถูกเลือกให้เป็นหน่วยมวลอะตอม ต่อมาถูกเปลี่ยนเป็นหน่วยมวลอะตอมของออกซิเจนธรรมชาติ 1/16 จากนั้นจึงเป็นที่ต้องการของไอโซโทป16 O ที่เบากว่า
ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2504 เนื่องจากความสำคัญอย่างยิ่งของอะตอมของคาร์บอน (C) จึงได้รับเลือกให้อ้างอิงน้ำหนักอะตอมกับไอโซโทป C-12 นอกจากนี้อะตอม C ยังเป็นองค์ประกอบทางเคมีกลางหรือสำคัญของเคมีอินทรีย์และชีวเคมี
น้ำหนักอะตอมคืออะไร?
น้ำหนักอะตอม (AP) คือน้ำหนักเฉลี่ยของมวลของไอโซโทปธรรมชาติที่ประกอบเป็นองค์ประกอบทางเคมี คำนี้หมายถึงมวลอะตอมสัมพัทธ์ที่ครอบครองโดยอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีแต่ละชนิด
ตามที่กล่าวไว้ในส่วนเปิดคำว่าน้ำหนักอะตอมมักใช้ แต่จริงๆแล้วเป็นมวลอะตอม ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2504 โดยใช้อะตอมของคาร์บอน -12 ค่าของ 12 ถูกนำมาใช้สำหรับมาตราส่วนของน้ำหนักอะตอมสัมพัทธ์
แต่มวลอะตอมคืออะไร? มันคือผลรวมของโปรตอนและนิวตรอนที่อะตอมมีมวลที่มาจากอิเล็กตรอนมีค่าเล็กน้อย ตัวอย่างเช่นมวลอะตอมของไฮโดรเจน (H) คือ 1.00974 Da และแมกนีเซียม (Mg) คือ 24.3050 Da
การเปรียบเทียบหมายความว่าอะตอม Mg นั้นหนักกว่าอะตอม H มากกว่า 24 เท่า เมื่อต้องการค่าของน้ำหนักหรือมวลอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีบางอย่างสามารถหาได้จากการศึกษาตารางธาตุ
หน่วย
หนึ่งในหน่วยแรกของน้ำหนักอะตอมคือ amu แสดงเป็น 1/16 (0.0625) ของน้ำหนักอะตอมออกซิเจน
หน่วยนี้เปลี่ยนไปพร้อมกับการค้นพบการดำรงอยู่ของไอโซโทปธรรมชาติของธาตุจากปีพ. ศ. 2455 ดังนั้นจึงไม่สามารถละเลยไอโซโทปได้อีกต่อไป
ปัจจุบันหน่วยมาตรฐานของมวลอะตอมหรือดัลตันคือ 1/12 ของน้ำหนักอะตอมของไอโซโทป12 C ซึ่งมีความเสถียรและอุดมสมบูรณ์มากกว่า13 C และ14 C
หน่วยมวลอะตอมมาตรฐานคือมวลของนิวคลีออน (โปรตอนหรือนิวตรอน) และมีค่าเท่ากับ 1 กรัม / โมล การรวมกันหรือการทำให้เป็นมาตรฐานนี้ดำเนินการกับอะตอม C-12 ซึ่งมีการกำหนดหน่วยมวลอะตอม 12 หน่วย
ดังนั้นน้ำหนักอะตอมสัมพัทธ์หรือมวลอะตอมจึงสามารถแสดงเป็นกรัมต่อหนึ่งโมลของอะตอมได้
น้ำหนักอะตอมคำนวณอย่างไร?
ในการกำหนดน้ำหนักอะตอมอันดับแรกต้องคำนวณมวลอะตอมของไอโซโทปซึ่งเป็นผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่อะตอมหนึ่งมี
จำนวนอิเล็กตรอนไม่ได้ถูกนำมาพิจารณาเนื่องจากมวลของมันมีค่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับนิวตรอนและโปรตอน
เช่นเดียวกันกับแต่ละไอโซโทปขององค์ประกอบเดียวกัน จากนั้นเมื่อทราบถึงความอุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติมวลอะตอมเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของไอโซโทปทั้งหมดจะคำนวณโดยการเพิ่มผลิตภัณฑ์ m ∙ A (m = มวลอะตอมและ A ความอุดมสมบูรณ์หารด้วย 100)
ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณมีกลุ่มอะตอมของเหล็กโดยที่ 93% ของอะตอมเหล่านี้เป็น56 Fe ในขณะที่ 5% คือ54 Fe และ 2% 57 Fe ที่เหลือมวลอะตอมจะถูกทำเครื่องหมายไว้ที่มุมซ้ายบนแล้ว ของสัญลักษณ์ทางเคมี คำนวณแล้ว:
56 (0.93) + 54 (0.05) + 57 (0.02) = 55.92 g / mol Fe อะตอม
ในคลัสเตอร์นั้นเหล็กมีน้ำหนักอะตอม 55.92 แต่ส่วนที่เหลือของโลกทั้งใบหรือส่วนที่เหลือของจักรวาลล่ะ? ในคลัสเตอร์มีไอโซโทปเพียงสามไอโซโทปซึ่งความอุดมสมบูรณ์จะเปลี่ยนไปหากคำนึงถึงโลกซึ่งจะมีไอโซโทปมากขึ้นและการคำนวณจะซับซ้อนมากขึ้น
ข้อควรพิจารณา
ในการคำนวณน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบที่รายงานในตารางธาตุต้องคำนึงถึงสิ่งต่อไปนี้:
- ไอโซโทปที่มีอยู่ในธรรมชาติขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกันที่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันคือไอโซโทปขององค์ประกอบทางเคมีนั้น
- ในตัวอย่างที่ได้รับจากแต่ละไอโซโทปมวลอะตอมของแต่ละตัวจะถูกนำมาพิจารณาด้วย
- ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของแต่ละไอโซโทปสำหรับองค์ประกอบบางอย่างในตัวอย่างที่พบในธรรมชาติก็มีความสำคัญเช่นกัน
- ค่าของน้ำหนักอะตอมของอะตอมเดี่ยวเดียวหรือมีอยู่ในตัวอย่างธรรมชาติของธาตุสามารถพบได้ หรือของกลุ่มอะตอมในกรณีของไอโซโทปของธาตุเดียวกันกำหนดน้ำหนักอะตอมมาตรฐานหรือค่าเฉลี่ย
- ในการกำหนดน้ำหนักอะตอมมาตรฐานขององค์ประกอบทางเคมีจะมีการพิจารณาไอโซโทปขององค์ประกอบเดียวกันอย่างน้อยหนึ่งไอโซโทป
- มีองค์ประกอบทางเคมีบางอย่างเช่น Francium (Fr) ที่ไม่มีไอโซโทปที่เสถียรและยังไม่มีน้ำหนักอะตอมที่เป็นมาตรฐาน
ตัวอย่าง
โดยการศึกษาตารางธาตุขององค์ประกอบทางเคมีสามารถหาน้ำหนักอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีได้ นั่นคือค่าที่คำนวณโดยพิจารณาจากไอโซโทปเสถียรทั้งหมด (และด้วยเหตุนี้จึงมักมีทศนิยมหลายตำแหน่ง)
มีข้อสังเกตว่าเลขอะตอมของไฮโดรเจน (H) เท่ากับ 1 เท่ากับจำนวนโปรตอน น้ำหนักอะตอมของ H น้อยที่สุดในองค์ประกอบทั้งหมดมีค่า 1.00794 u ± 0.00001 u
สำหรับโบรอนน้ำหนักอะตอมของมันถูกกำหนดโดยอาศัยไอโซโทปสองไอโซโทปที่ได้รับในธรรมชาติและมีค่าตั้งแต่ 10,806 ถึง 10,821
ไม่มีน้ำหนักอะตอมมาตรฐานในกรณีขององค์ประกอบที่ไม่ใช่ธรรมชาติหรือสังเคราะห์ที่ไม่มีไอโซโทปในธรรมชาติ เช่นกรณีดังกล่าวข้างต้นของแฟรนเซียม (Fr), โพโลเนียม (Po), เรดอน (Ra) และองค์ประกอบทางเคมีอื่น ๆ
ในกรณีเหล่านี้น้ำหนักอะตอมจะ จำกัด อยู่ที่ผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนของธาตุนี้
ค่าน้ำหนักอะตอมจะถูกรายงานในวงเล็บซึ่งหมายความว่าไม่ใช่น้ำหนักอะตอมมาตรฐาน แม้แต่ค่าของน้ำหนักอะตอมมาตรฐานก็อาจเปลี่ยนแปลงได้หากค้นพบไอโซโทปขององค์ประกอบบางอย่างมากขึ้น
อ้างอิง
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 มิถุนายน 2561). นิยามน้ำหนักอะตอม ดึงมาจาก: thoughtco.com
- Jimenez, V. และ Macarulla, J. (1984). Physiological Physicochemistry. (6 ตาเอ็ด). มาดริด: Interamericana
- Whitten, K. , Davis, R. , Peck M. และ Stanley, G. (2008). เคมี. (8 อวาเอ็ด). CENGAGE Learning: เม็กซิโก
- วิกิพีเดีย (2018) น้ำหนักอะตอมมาตรฐาน สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
- ศ. เอ็นเดอเลออน (เอสเอฟ) น้ำหนักอะตอม กู้คืนจาก: iun.edu