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، الذي يُسمّى رسميًا الكتلة الذرية النسبية، هو متوسط كتل ذرات العنصر كما توجد في الطبيعة. وهو ليس 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.

يُعد الكلور مثالًا شائعًا. نحو 76% من ذرات الكلور الطبيعية هي كلور-35، ونحو 24% منها هي كلور-37. ويعطي حساب متوسط هذه الكتل حسب الوفرة وزنًا ذريًا للكلور مقداره 35.45 amu، وهي قيمة تقع بين العددين الكتليين 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.

يكون الوزن الذري لعنصر لا يملك سوى نظير مستقر واحد مساويًا لكتلة ذلك النظير. أما العناصر التي لا تملك أي نظائر مستقرة، مثل التكنيشيوم وكل عنصر أثقل من اليورانيوم، فيُسند إليها بدلًا من ذلك العدد الكتلي لنظيرها الأكثر استقرارًا المعروف.

كيفية العثور على الوزن الذري لعنصر

1. أدخل عددًا ذريًا بين 1 و118 في حقل الإدخال. العدد الذري هو عدد البروتونات في نواة الذرة، وهو مميز لكل عنصر؛ فـ 6 هو الكربون دائمًا، و79 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 ضمن 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 الأرجون 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 1961 حلّ معيار الكربون-12 محل الهيدروجين بوصفه النقطة المرجعية لوحدة الكتلة الذرية. وقد راجع الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) الأوزان الذرية القياسية وحدّثها منذ ذلك الحين، وكان آخر تحديث في 2021، مع تحسن تقنيات القياس. وسُمّيت العناصر 113 و115 و117 و118 رسميًا في 2016، مما أتم 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 الأوزان الذرية القياسية للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC)، وتُعطى بثلاث إلى خمس خانات معنوية. وتُدرج العناصر التي لا تملك نظيرًا مستقرًا على هيئة عدد كتلي صحيح، مثل 98 للتكنيشيوم. وتكفي هذه الدرجة من الدقة للحسابات الصفية والمخبرية العادية. أما الأعمال التي تتطلب نطاقات عدم اليقين الكاملة، فينبغي أن ترجع مباشرة إلى الجداول المنشورة من IUPAC.

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 للوزن الذري بدلًا من أعداد مفردة؟ بالنسبة إلى عدد قليل من العناصر، تختلف نسب النظائر الطبيعية تبعًا لمكان أخذ العينة. ويدرج IUPAC هذه العناصر ضمن نطاق بدلًا من عدد ثابت واحد. وتستخدم هذه الحاسبة القيمة المفردة الاصطلاحية لكل عنصر وفق IUPAC، وهي مناسبة للعينات المعتادة.