מחשבון משקל אטומי - מצא מסה אטומית לפי מספר אטומי

כלי לאיתור משקל אטומי הוא כלי חיפוש שמחזיר את המשקל האטומי של יסוד לפי המספר האטומי שלו. יש להזין מספר מ־1 עד 118, והכלי יציג את הסמל, השם והמשקל האטומי של היסוד המתאים ביחידות מסה אטומית (amu).

מהו משקל אטומי

משקל אטומי, המכונה רשמית מסה אטומית יחסית, הוא המסה הממוצעת של אטומי יסוד כפי שהם מופיעים בטבע. זו אינה המסה של אטום יחיד.

רוב היסודות מופיעים בטבע כתערובת של איזוטופים: אטומים בעלי אותו מספר פרוטונים אך מספר שונה של נייטרונים. המשקל האטומי הוא הממוצע המשוקלל של מסות האיזוטופים האלה, לפי השכיחות של כל אחד מהם.

כלור הוא דוגמה נפוצה. בערך 76% מאטומי הכלור בטבע הם כלור-35, וכ־24% הם כלור-37. חישוב הממוצע של המסות האלה לפי השכיחות נותן לכלור משקל אטומי של 35.45 amu, ערך שנמצא בין שני מספרי המסה השלמים.

יחידת המסה האטומית (amu) מוגדרת כאחד חלקי שנים עשר ממסתו של אטום פחמן-12. כימאים משתמשים בתקן זה מאז 1961.

נוסחת המשקל האטומי

עבור יסוד בעל יותר מאיזוטופ אחד, המשקל האטומי מחושב כך:

משקל אטומי = Σ (fᵢ × mᵢ)

כאן fᵢ הוא החלק היחסי של האטומים שהם איזוטופ i, ו־mᵢ היא המסה של איזוטופ i. סכום החלקים היחסיים של כל איזוטופי היסוד שווה ל־1.

ליסוד שיש לו איזוטופ יציב יחיד יש משקל אטומי השווה למסה של אותו איזוטופ. ליסודות שאין להם כלל איזוטופים יציבים, כגון טכנציום וכל יסוד הכבד מאורניום, נקבע במקום זאת מספר המסה של האיזוטופ היציב ביותר הידוע שלהם.

כיצד למצוא את המשקל האטומי של יסוד

1. יש להזין בשדה הקלט מספר אטומי בין 1 ל־118. המספר האטומי הוא מספר הפרוטונים בגרעין האטום, והוא ייחודי לכל יסוד — 6 הוא תמיד פחמן, ו־79 הוא תמיד זהב.
2. המחשבון מציג את סמל היסוד, את שמו המלא ואת משקלו האטומי.
3. כפתור העתקה מאפשר להדביק את התוצאה במקום אחר, למשל בדוח מעבדה או בתשובה לשיעורי בית.

מספר מחוץ לטווח 1–118 מפיק הודעת שגיאה, מכיוון שאין שם יסוד מאומת.

דוגמה: מציאת המשקל האטומי של חמצן

המספר האטומי של חמצן הוא 8. הזנת 8 מחזירה:

• סמל: O
• שם: חמצן
• משקל אטומי: 15.999 amu

אפשר להשתמש בערך הזה כדי למצוא את המשקל המולקולרי של תרכובת. מים (H₂O) מכילים שני אטומי מימן ואטום חמצן אחד:

2 × 1.008 (מימן) + 1 × 15.999 (חמצן) = 18.015 amu

אין לבלבל בין המספר האטומי (8) לבין המשקל האטומי (15.999). המספר האטומי סופר רק את הפרוטונים. המשקל האטומי משקף את המסה המשולבת של הפרוטונים והנייטרונים בכל האיזוטופים של היסוד המופיעים בטבע.

מספר אטומי לעומת משקל אטומי לעומת מספר מסה

המספר האטומי קובע את זהותו של היסוד ואת מקומו בטבלה המחזורית. המשקל האטומי ומספר המסה מתארים שניהם מסה, אך המשקל האטומי הוא ממוצע על פני איזוטופים, ואילו מספר המסה שייך לאיזוטופ יחיד ומוגדר.

ההיסטוריה של מדידת המשקל האטומי

ג'ון דלטון הציע את הטבלה הראשונה של משקלים אטומיים בראשית שנות ה־1800, תוך שימוש במימן כנקודת ייחוס. הנתונים שלו היו אומדנים גסים, וחלקם סטו ב־10% או יותר.

דמיטרי מנדלייב בנה את הטבלה המחזורית בשנת 1869, וסידר את היסודות לפי סדר המשקל האטומי. כמה יסודות, ובהם ארגון ואשלגן, נראו כאילו הם נמצאים בסדר שגוי בהשוואה לתכונותיהם הכימיות. התעלומה נפתרה רק לאחר גילוי האיזוטופים.

פרדריק סודי זיהה איזוטופים בשנת 1913, והראה שרוב היסודות הם תערובות טבעיות של אטומים בעלי מסות שונות. הדבר הסביר מדוע משקלים אטומיים רבים נמצאים בין מספרים שלמים. ספקטרומטריית מסות, שפותחה בשנים שלאחר מכן, אפשרה לכימאים למדוד ישירות את מסות האיזוטופים ואת שכיחותם במקום לאמוד אותן.

בשנת 1961 החליף תקן הפחמן-12 את המימן כנקודת הייחוס ליחידת המסה האטומית. האיגוד הבין־לאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC) בחן ועדכן מאז את המשקלים האטומיים התקניים, לאחרונה בשנת 2021, עם שיפור שיטות המדידה. היסודות 113, 115, 117 ו־118 קיבלו שמות רשמיים בשנת 2016, ובכך הושלם המחזור השביעי בטבלה המחזורית.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין משקל אטומי למסה אטומית? מסה אטומית היא המסה של אטום יחיד או של איזוטופ. משקל אטומי, או מסה אטומית יחסית, הוא המסה הממוצעת של כל האיזוטופים של יסוד המופיעים בטבע, כשהיא משוקללת לפי שכיחותם. שני המונחים משמשים לעיתים קרובות כמילים נרדפות בכימיה יומיומית, אך משקל אטומי הוא המונח המדויק יותר לערך שמחזיר מחשבון זה.

מדוע משקלים אטומיים אינם מספרים שלמים? יש לכך שתי סיבות. רוב היסודות הם תערובות טבעיות של איזוטופים בעלי מסות שונות, ולכן הממוצע נמצא בין מספרים שלמים. נוסף על כך, המסה של גרעין מעט קטנה מסכום המסות של הפרוטונים והנייטרונים שבו, מכיוון שחלק מהמסה הופך לאנרגיית הקשר הגרעינית שמחזיקה את הגרעין יחד.

עד כמה הערכים במחשבון הזה מדויקים? הערכים תואמים את המשקלים האטומיים התקניים של IUPAC, וניתנים בשלוש עד חמש ספרות משמעותיות. יסודות שאין להם איזוטופ יציב מוצגים כמספר מסה שלם, כגון 98 עבור טכנציום. רמת דיוק זו מתאימה לחישובים רגילים בכיתה ובמעבדה. בעבודה הדורשת טווחי אי־ודאות מלאים יש לעיין ישירות בטבלאות שפרסם IUPAC.

כיצד קשור המשקל האטומי למסה המולרית? לשני הערכים יש ערך מספרי זהה, אך יחידות שונות. המשקל האטומי של פחמן הוא 12.011 amu לאטום; המסה המולרית שלו היא 12.011 גרם למול, כאשר מול אחד הוא 6.022 × 10²³ אטומים.

האם המשקל האטומי משפיע על האופן שבו יסוד מגיב? לא באופן ישיר. תגובתיות כימית תלויה בעיקר בתצורת האלקטרונים, ולא במסה. מסת האיזוטופ יכולה לשנות מעט את מהירות התגובה, בהשפעה המכונה אפקט האיזוטופ הקינטי, אך היא אינה משנה אילו תגובות מתרחשות.

מדוע יש טבלאות מחזוריות המציגות טווחי משקל אטומי במקום מספרים יחידים? אצל קומץ יסודות, היחסים בין האיזוטופים הטבעיים משתנים בהתאם למקום שממנו נלקחה הדגימה. IUPAC מציג יסודות אלה כטווח ולא כמספר קבוע יחיד. מחשבון זה משתמש בערך היחיד המקובל של IUPAC לכל יסוד, המתאים לדגימות טיפוסיות.