حاسبة الوزن الذري - العثور على الكتلة الذرية للعنصر حسب العدد

أداة العثور على الوزن الذري هي أداة بحث تُرجع الوزن الذري لعنصر من خلال عدده الذري. أدخل عددًا من 1 إلى 118، فتعرض الأداة رمز العنصر المطابق واسمه ووزنه الذري بوحدات الكتلة الذرية (amu).

ما المقصود بالوزن الذري

الوزن الذري، ويسمى رسميًا الكتلة الذرية النسبية، هو متوسط كتلة ذرات العنصر كما توجد في الطبيعة. وليس هو كتلة ذرة واحدة.

توجد معظم العناصر طبيعيًا على هيئة مزيج من النظائر: ذرات لها العدد نفسه من البروتونات، ولكن أعدادًا مختلفة من النيوترونات. والوزن الذري هو المتوسط المرجّح لكتل هذه النظائر، بحيث يُرجّح كل منها وفق مدى شيوعه.

الكلور مثال شائع. فنحو 76% من ذرات الكلور الطبيعي هي كلور-35 ونحو 24% كلور-37. وبحساب متوسط هذه الكتل بحسب الوفرة نحصل على الوزن الذري للكلور 35.45 amu، وهي قيمة تقع بين عددي الكتلة الصحيحين.

تُعرَّف وحدة الكتلة الذرية (amu) بأنها واحد على اثني عشر من كتلة ذرة كربون-12. وقد استخدم الكيميائيون هذا المعيار منذ 1961.

صيغة الوزن الذري

بالنسبة إلى عنصر له أكثر من نظير واحد، يُحسب الوزن الذري كما يلي:

الوزن الذري = Σ (fᵢ × mᵢ)

هنا fᵢ هو كسر الذرات التي تمثل النظير i، وmᵢ هي كتلة النظير i. ومجموع كسور جميع نظائر العنصر يساوي 1.

العنصر الذي له نظير مستقر واحد فقط يساوي وزنه الذري كتلة ذلك النظير. وبعض العناصر المشعة، مثل التكنيشيوم وكل عنصر أثقل من اليورانيوم، ليس لها وزن ذري قياسي على الإطلاق. وتدرج جداول دورية كثيرة بدلًا من ذلك العدد الكتلي لأكثر نظائرها استقرارًا، وتفعل هذه الأداة الأمر نفسه. فهي تعرض مثلًا 269 للهاسيوم (108) و290 للفليروفيوم (114).

كيفية العثور على الوزن الذري لعنصر

1. أدخل عددًا ذريًا بين 1 و118 في حقل الإدخال. والعدد الذري هو عدد البروتونات في نواة الذرة، وهو فريد لكل عنصر: فالعدد 6 هو الكربون دائمًا، والعدد 79 هو الذهب دائمًا.
2. تعرض الحاسبة رمز العنصر واسمه الكامل ووزنه الذري.
3. يتيح زر النسخ لصق النتيجة في مكان آخر، مثل تقرير مختبري أو إجابة واجب منزلي.

يؤدي إدخال عدد خارج النطاق 1–118 إلى ظهور رسالة خطأ، إذ لا يوجد عنصر مؤكد خارج ذلك النطاق.

مثال: العثور على الوزن الذري للأكسجين

العدد الذري للأكسجين هو 8. يؤدي إدخال 8 إلى ظهور:

• الرمز: O
• الاسم: الأكسجين
• الوزن الذري: 15.999 amu

يمكن استخدام هذه القيمة للعثور على الكتلة الجزيئية لمركب. يحتوي الماء (H₂O) على ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين واحدة:

2 × 1.008 (هيدروجين) + 1 × 15.999 (أكسجين) = 18.015 amu

لا ينبغي الخلط بين العدد الذري (8) والوزن الذري (15.999). فالعدد الذري يحصي البروتونات فقط، بينما يعكس الوزن الذري الكتلة المجمعة للبروتونات والنيوترونات عبر جميع النظائر الموجودة طبيعيًا للعنصر.

العدد الذري مقابل الوزن الذري مقابل العدد الكتلي

يحدد العدد الذري هوية العنصر وموضعه في الجدول الدوري. ويصف كل من الوزن الذري والعدد الكتلي الكتلة، لكن الوزن الذري هو متوسط عبر النظائر، بينما يخص العدد الكتلي نظيرًا واحدًا محددًا.

تاريخ قياس الوزن الذري

اقترح جون دالتون أول جدول للأوزان الذرية في أوائل عقد 1800، مستخدمًا الهيدروجين نقطةً مرجعية. وكانت أرقامه تقديرات تقريبية، انحرف بعضها بنسبة 10% أو أكثر.

أنشأ دميتري مندليف الجدول الدوري في 1869، مرتبًا العناصر حسب الوزن الذري. وبدا أن بعض العناصر، ومنها الأرغون والبوتاسيوم، في ترتيب غير متسق مع خصائصها الكيميائية. ولم تُحل هذه المسألة حتى اكتُشفت النظائر.

حدّد فريدريك سودي النظائر في 1913، موضحًا أن معظم العناصر مزيج طبيعي من ذرات ذات كتل مختلفة. وفسّر ذلك سبب وقوع الكثير من الأوزان الذرية بين الأعداد الصحيحة. وقد أتاح قياس الطيف الكتلي، الذي تطور خلال السنوات التالية، للكيميائيين قياس كتل النظائر ووفرتها مباشرة بدلًا من تقديرها.

في عام 1961 حلّ معيار كربون-12 محل مقياس الأكسجين، الذي ثُبّت فيه الأكسجين عند 16، نقطةً مرجعية لوحدة الكتلة الذرية. وكان الكيميائيون قد استخدموا قبل ذلك أيضًا مقياسًا ثُبّت فيه الهيدروجين عند 1. ومنذ ذلك الحين يراجع الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) الأوزان الذرية القياسية ويحدّثها، وآخر ذلك في عام 2024، مع تحسّن تقنيات القياس. وقد سُميت العناصر 113 و115 و117 و118 رسميًا في عام 2016، ليكتمل بذلك الصف السابع من الجدول الدوري.

الأسئلة الشائعة

ما الفرق بين الوزن الذري والكتلة الذرية؟ الكتلة الذرية هي كتلة ذرة أو نظير واحد. أما الوزن الذري، أو الكتلة الذرية النسبية رسميًا، فهو متوسط كتلة جميع نظائر العنصر الموجودة طبيعيًا، مرجحًا حسب وفرتها. وغالبًا ما يُستخدم المصطلحان بالتبادل في الكيمياء اليومية، لكن الوزن الذري هو المصطلح الأدق للقيمة التي تُرجعها هذه الحاسبة.

لماذا لا تكون الأوزان الذرية أعدادًا صحيحة؟ لسببين. معظم العناصر مزيج طبيعي من نظائر ذات كتل مختلفة، ولذلك يقع المتوسط بين الأعداد الصحيحة. كما أن كتلة النواة أقل قليلًا من مجموع كتل بروتوناتها ونيوتروناتها، لأن جزءًا من الكتلة يتحول إلى طاقة الربط التي تُبقي النواة متماسكة.

ما مدى دقة القيم في هذه الحاسبة؟ تتبع القيم الجدول المختصر لعام 2024 للأوزان الذرية القياسية، وهي معطاة بأربعة أو خمسة أرقام معنوية. فمثلًا الأرغون 39.95 والزركونيوم 91.222. وهذا المستوى من الدقة يغطي الحسابات الصفية والمخبرية المعتادة. وينبغي لمن يحتاج إلى نطاقات عدم اليقين الكاملة مراجعة جداول IUPAC المنشورة مباشرة.

ما العلاقة بين الوزن الذري والكتلة المولية؟ القيمتان متساويتان عدديًا، لكنهما تستخدمان وحدات مختلفة. فالوزن الذري للكربون هو 12.011 amu لكل ذرة، بينما كتلته المولية هي 12.011 غرامًا لكل مول، حيث يحتوي المول على 6.022 × 10²³ ذرة.

هل يؤثر الوزن الذري في كيفية تفاعل العنصر؟ ليس مباشرةً. يعتمد النشاط الكيميائي أساسًا على التوزيع الإلكتروني، لا على الكتلة. ويمكن لكتلة النظير أن تغير سرعة التفاعل قليلًا، وهو تأثير يُسمى التأثير الحركي للنظائر، لكنه لا يغير التفاعلات التي تحدث.

لماذا تعرض بعض الجداول الدورية نطاقات للأوزان الذرية بدلًا من أرقام مفردة؟ في عدد قليل من العناصر، تتفاوت نسب النظائر الطبيعية بحسب المكان الذي أُخذت منه العينة. وتدرج IUPAC هذه العناصر بمجال بدلًا من رقم ثابت واحد. وتعرض هذه الحاسبة قيمة واحدة لكل عنصر بدلًا من ذلك.

المراجع

1. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW). Frequently Asked Questions. CIAAW FAQ — الوزن الذري هو متوسط كتلة ذرات العنصر نسبةً إلى 1/12 من كتلة ذرة كربون-12.
2. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW). Atomic Weight of Chlorine. CIAAW chlorine — يشكّل كلور-35 نسبة من 0.755 إلى 0.761، ويشكّل كلور-37 نسبة من 0.239 إلى 0.245 من الكلور الطبيعي.
3. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW). Abridged Standard Atomic Weights. CIAAW abridged table — الأكسجين 15.999 والكربون 12.011 بخمسة أرقام معنوية؛ والأرغون 39.95 والزركونيوم 91.222.
4. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW). Radioactive Elements. CIAAW radioactive elements — ليس للعناصر المشعة وزن ذري قياسي؛ والأعداد الكتلية لأكثر النظائر استقرارًا من NUBASE2020، مثل الهاسيوم 269 والفليروفيوم 290.
5. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW). History of the Commission. CIAAW history — كانت الأوزان الذرية تُقاس سابقًا على مقياس الهيدروجين = 1 أو الأكسجين = 16؛ واعتمد تقرير عام 1961 كربون-12 نويدة مرجعية.
6. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights (CIAAW). Standard Atomic Weights 2024. CIAAW standard atomic weights — الجدول الحالي هو مراجعة عام 2024.