วิธีการคำนวณมวลเฉลี่ย

เนื้อหา

• อะตอมคืออะไร
• ไอโซโทปและจำนวนมวล
• สูตรมวลเฉลี่ย
• ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักและไอโซโทป
• มวลอะตอมเฉลี่ย: ตัวอย่าง

หนึ่งในภารกิจทั่วไปที่คุณจะต้องปฏิบัติในฐานะนักวิทยาศาสตร์รุ่นที่สามารถทำงานกับข้อมูลได้คือการทำความเข้าใจแนวคิดของค่าเฉลี่ย บ่อยครั้งคุณจะพบตัวอย่างของวัตถุที่คล้ายกันที่แตกต่างกันตามลักษณะเดียวที่คุณกำลังศึกษาเช่นมวล

คุณอาจต้องคำนวณมวลเฉลี่ยของกลุ่มวัตถุที่คุณไม่สามารถชั่งน้ำหนักได้โดยตรงเช่นอะตอม

อะตอม 92 ส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาตินั้นมีรูปแบบที่แตกต่างกันสองรูปแบบหรือที่เรียกว่าไอโซโทป ไอโซโทปของธาตุเดียวกันนั้นแตกต่างกันในจำนวนนิวตรอนที่มีอยู่ในนิวเคลียส

มันจะมีประโยชน์ในการประยุกต์ใช้หลักการเหล่านี้ทั้งหมดเข้าด้วยกันเพื่อหามวลเฉลี่ยของการเลือกอะตอมที่ดึงมาจากแหล่งที่รู้จักของไอโซโทปต่างๆ

อะตอมคืออะไร

อะตอมเป็นหน่วยย่อยที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบซึ่งประกอบด้วยคุณสมบัติทั้งหมดขององค์ประกอบนั้น อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนที่ถูกโคจรด้วยอิเล็กตรอนที่ไม่มีมวลเกือบ

โปรตอนและนิวตรอนมีน้ำหนักเท่ากัน โปรตอนแต่ละตัวมีประจุไฟฟ้าบวกเท่ากันในขนาดและตรงกันข้ามกับเครื่องหมายของอิเล็กตรอน (ลบ) ในขณะที่นิวตรอนไม่มีประจุสุทธิ

อะตอมมีลักษณะเป็นเลขอะตอมเป็นหลักซึ่งเป็นเพียงจำนวนโปรตอนในอะตอม การเพิ่มหรือลดอิเล็กตรอนจะสร้างอะตอมที่มีประจุเรียกว่าไอออนในขณะที่การเปลี่ยนจำนวนนิวตรอนจะสร้างไอโซโทปของอะตอมและองค์ประกอบดังกล่าว

ไอโซโทปและจำนวนมวล

จำนวนมวลของอะตอมคือจำนวนของโปรตอนบวกกับนิวตรอน ยกตัวอย่างเช่น Chromium (Cr) มี 24 โปรตอน (ดังนั้นการกำหนดองค์ประกอบเป็นโครเมียม) และในรูปแบบที่เสถียรที่สุด - นั่นคือไอโซโทปที่ปรากฏบ่อยที่สุดในธรรมชาติ - มันมี 28 นิวตรอน เลขมวลของมันคือ 52

ไอโซโทปขององค์ประกอบจะถูกระบุด้วยจำนวนมวลเมื่อเขียนออกมา ดังนั้นไอโซโทปของคาร์บอนที่มี 6 โปรตอนและ 6 นิวตรอนเป็นคาร์บอน -12 ในขณะที่ไอโซโทปที่หนักกว่าที่มีนิวตรอนอีกหนึ่งตัวคือคาร์บอน -13

องค์ประกอบส่วนใหญ่เกิดขึ้นจากการผสมผสานของไอโซโทปที่มีความสำคัญเหนือกว่าธาตุอื่น ๆ ในแง่ของ "ความนิยม" ตัวอย่างเช่นร้อยละ 99.76 ของออกซิเจนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติคือออกซิเจน -16 อย่างไรก็ตามองค์ประกอบบางอย่างเช่นคลอรีนและทองแดงแสดงการกระจายตัวของไอโซโทปที่กว้างขึ้น

สูตรมวลเฉลี่ย

ค่าเฉลี่ยทางคณิตศาสตร์เป็นเพียงผลรวมของผลลัพธ์แต่ละรายการในตัวอย่างหารด้วยจำนวนทั้งหมดของรายการในตัวอย่าง ตัวอย่างเช่นในชั้นเรียนที่มีนักเรียนห้าคนที่ทำคะแนนแบบทดสอบได้ 3, 4, 5, 2 และ 5 ค่าเฉลี่ยของชั้นเรียนในแบบทดสอบจะเป็น (3 + 4 + 5 + 2 + 5) ÷ 5 = 3.8

สมการมวลเฉลี่ยสามารถเขียนได้หลายวิธีและในบางกรณีคุณจำเป็นต้องรู้คุณลักษณะที่เกี่ยวข้องกับค่าเฉลี่ยเช่นค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน สำหรับตอนนี้เพียงแค่มุ่งเน้นไปที่คำจำกัดความพื้นฐาน

ค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักและไอโซโทป

การรู้สัดส่วนสัมพัทธ์ของไอโซโทปแต่ละอันขององค์ประกอบเฉพาะที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติช่วยให้คุณสามารถคำนวณ มวลอะตอม ขององค์ประกอบนั้นซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยไม่ใช่มวลของอะตอมใดอะตอมหนึ่ง แต่เป็นตัวเลขที่อยู่ระหว่างไอโซโทปที่หนักที่สุดและเบาที่สุดที่มีอยู่

หากไอโซโทปทั้งหมดมีจำนวนเท่ากันคุณก็สามารถรวมมวลไอโซโทปแต่ละชนิดแล้วหารด้วยจำนวนไอโซโทปชนิดต่าง ๆ ที่มีอยู่ (โดยปกติคือสองหรือสาม)

มวลอะตอมเฉลี่ยที่กำหนดในหน่วยมวลอะตอม (amu) มักจะคล้ายกับจำนวนมวล แต่ไม่ได้เป็นจำนวนเต็ม

มวลอะตอมเฉลี่ย: ตัวอย่าง

Chlorine-35 มีมวลอะตอม 34.969 amu และคิดเป็น 75.77% ของคลอรีนบนโลก

Chlorine-37 มีมวลอะตอม 36.966 amu และความอุดมสมบูรณ์ร้อยละ 24.23

ในการคำนวณมวลอะตอมเฉลี่ยของคลอรีนให้ใช้ข้อมูลในตารางธาตุขององค์ประกอบ (ดูทรัพยากร) เพื่อหาค่าเฉลี่ย (ถ่วงน้ำหนัก) แต่เปลี่ยนเปอร์เซ็นต์เป็นทศนิยม:

(34.969 × 0.7577) + (36.966 × 0.2423) = 35.45 amu