מחשבון מסה אטומית - מצא משקלים אטומיים של יסודות מיד

מהי מסה אטומית?

מסה אטומית היא המסה הממוצעת של אטום אחד של יסוד כימי, הנמדדת ביחידות מסה אטומית (u). מחשבון זה מאתר את המסה האטומית של כל יסוד לפי שמו או לפי הסמל הכימי שלו, כגון "Oxygen" או "O".

יחידת מסה אטומית מוגדרת בדיוק כ־1/12 ממסתו של אטום פחמן-12. רוב היסודות קיימים בטבע כתערובת של איזוטופים — אטומים בעלי אותו מספר פרוטונים אך מספר שונה של נייטרונים. המסה האטומית המוצגת בטבלה המחזורית היא הממוצע המשוקלל של האיזוטופים האלה, בהתאם לשכיחות של כל אחד מהם.

מכיוון שמדובר בממוצע, מסה אטומית היא לעיתים רחוקות מספר שלם. לכלור, למשל, מסה אטומית של 35.45 יחידות מסה אטומית, אף שלכל אטום כלור יש 35 או 37 נוקליאונים.

נוסחת המסה האטומית

המסה האטומית הממוצעת של יסוד מחושבת על ידי הכפלת המסה של כל איזוטופ בשכיחותו הטבעית, ולאחר מכן חיבור התוצאות:

$\text{מסה אטומית} = \sum_{i} (f_i \times m_i)$

כאן, $f_i$ הוא החלק היחסי של האטומים שהם איזוטופ $i$ (הנכתב כמספר עשרוני), ו־$m_i$ היא המסה של אותו איזוטופ ביחידות מסה אטומית. הסכום כולל כל איזוטופ של היסוד המצוי בטבע.

דוגמה פתורה: כלור

כלור טבעי מורכב מכ־75.77% כלור-35 (מסה 34.97 יחידות מסה אטומית) ומ־24.23% כלור-37 (מסה 36.97 יחידות מסה אטומית). בהחלת הנוסחה:

$(0.7577 \times 34.97) + (0.2423 \times 36.97) \approx 35.45 \text{ u}$

ערך זה תואם לערך המוצג בטבלה המחזורית ולערך שהמחשבון מחזיר כאשר מחפשים "Chlorine" או "Cl".

הערכים במחשבון זה מבוססים על המשקלים האטומיים הסטנדרטיים שפרסם האיגוד הבין־לאומי לכימיה טהורה ויישומית (IUPAC).

כיצד להשתמש במחשבון המסה האטומית של יסודות

1. הקלידו בשדה הקלט את שם היסוד (לדוגמה, "Hydrogen") או את הסמל שלו (לדוגמה, "H").
2. המחשבון מציג את שם היסוד, את הסמל שלו, את המספר האטומי ואת המסה האטומית.
3. השתמשו בלחצן ההעתקה כדי להעתיק את ערך המסה האטומית.

החיפוש אינו תלוי באותיות רישיות. הוא מתאים לשמות ולסמלים ללא קשר לאופן השימוש באותיות רישיות, ולכן "iron", "Iron", "Fe", "fe" ו־"FE" מחזירים כולם את אותה תוצאה: ברזל, מספר אטומי 26, מסה אטומית 55.845 יחידות מסה אטומית.

דוגמאות מהירות

מדוע מסה אטומית חשובה

חישוב המסה המולקולרית

מסה אטומית היא הבסיס לחישוב המסה המולקולרית, כלומר למסה של מולקולה שלמה. כדי למצוא אותה, מכפילים את המסה האטומית של כל יסוד במספר האטומים שלו המופיעים במולקולה, ולאחר מכן מחברים את הסכומים.

במים (H₂O) יש שני אטומי מימן ואטום חמצן אחד:

$(2 \times 1.008) + (1 \times 15.999) = 18.015 \text{ u}$

בפחמן דו־חמצני (CO₂) יש אטום פחמן אחד ושני אטומי חמצן:

$(1 \times 12.011) + (2 \times 15.999) = 44.009 \text{ u}$

הכנת תמיסות

כימאים משתמשים במשקל מולקולרי כדי לשקול תרכובות להכנת תמיסה בריכוז ידוע. בנתרן כלורי (NaCl), נתרן תורם 22.990 יחידות מסה אטומית וכלור תורם 35.45 יחידות מסה אטומית, כך שהמשקל המולקולרי הוא 58.44 g/מול. להכנת ליטר אחד של תמיסת NaCl בריכוז 1 מולרי (1 M), יש לשקול 58.44 גרם מלח.

קישור בין אטומים לגרמים

מול אחד מכל יסוד שוקל את המסה האטומית שלו בגרמים ומכיל בערך 6.022 × 10²³ אטומים, כמות הידועה כמספר אבוגדרו. קשר זה מחבר בין קנה המידה המיקרוסקופי של האטומים לבין מסות שניתן למדוד במאזניים במעבדה, והוא עומד בבסיס רוב החישובים בסטויכיומטריה, ענף בכימיה העוסק בכמויות החומרים בתגובות.

היסטוריה קצרה של המסה האטומית

בשנת 1803 פרסם ג'ון דלטון את הטבלה הראשונה של מסות אטומיות, הגדיר את מסת המימן כ־1 ומדד את שאר היסודות ביחס אליו. כאשר דמיטרי מנדלייב בנה את הטבלה המחזורית בשנת 1869, באמצעות סידור היסודות לפי מסה אטומית, כמה יסודות נראו כאילו הם נמצאים במקום הלא נכון. התעלומה נפתרה רק לאחר גילוי האיזוטופים, עשרות שנים מאוחר יותר.

בשנת 1961 הסכימו מדענים להגדיר את פחמן-12 בדיוק כ־12 יחידות מסה אטומית, ובכך להחליף תקנים קודמים שהתבססו על חמצן. זהו עדיין תקן הייחוס המשמש כיום. IUPAC סוקר מעת לעת את מדידות המסה האטומית ומעדכן את הערכים הסטנדרטיים כאשר ראיות חדשות מצדיקות זאת, אף שהשינויים בדרך כלל קטנים מכדי להשפיע על חישובים רגילים.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין המסה האטומית למשקל האטומי?

במובן המדויק, מסה אטומית מתייחסת למסה של אטום יחיד או של איזוטופ, ואילו המשקל האטומי הוא הממוצע המשוקלל של כל האיזוטופים של יסוד המופיעים בטבע. בשימוש היומיומי, כולל בטבלאות מחזוריות, שני המונחים נחשבים למילים נרדפות.

מדוע מסות אטומיות אינן מספרים שלמים?

מכיוון שהן ממוצעים של שני איזוטופים או יותר בעלי מסות שונות. המסה האטומית של כלור, 35.45 יחידות מסה אטומית, נמצאת בין שני האיזוטופים הנפוצים שלו, כלור-35 וכלור-37, מכיוון ששניהם מופיעים בטבע ביחסים שונים.

מה פירוש הדבר כאשר מסה אטומית מוצגת ללא ספרות אחרי הנקודה, כמו אצל טכנציום, שערכו 97?

ליסודות שאין להם איזוטופ יציב, כגון טכנציום ופלוטוניום, אין תערובת טבעית של איזוטופים שאפשר לחשב ממנה ממוצע. במקום זאת, IUPAC מציג את מספר המסה של האיזוטופ הידוע בעל זמן החיים הארוך ביותר, כשהוא נכתב בתוך סוגריים מרובעים. האיזוטופ בעל זמן החיים הארוך ביותר של טכנציום הוא טכנציום-97, ולכן המחשבון מציג 97.

האם החיפוש אחר יסוד תלוי באותיות רישיות?

לא. הקלדת "fe", "Fe" או "FE" מחזירה את התוצאה ברזל, וכך גם לגבי שמות היסודות.

כיצד מוצאים את המסה המולקולרית של תרכובת?

מכפילים את המסה האטומית של כל יסוד במספר הפעמים שהוא מופיע בנוסחה, ולאחר מכן מחברים את התוצאות. עבור מים, החישוב הוא (2 × 1.008) + 15.999 = 18.015 יחידות מסה אטומית.

מה מקורם של ערכי המסה האטומית האלה?

הם תואמים את ערכי המסות האטומיות הסטנדרטיים שפרסם IUPAC, הגוף הבין־לאומי האחראי לנומנקלטורה כימית ולתקני מדידה. כמה יסודות, ובהם ארגון ועופרת, משתנים במידה מספקת בין מקורות טבעיים שונים, ולכן IUPAC מפרסם עבורם טווח במקום ערך יחיד. עבור יסודות אלה, המחשבון מציג את הערך המקובל ש־IUPAC נותן לחומר שמקורו אינו ידוע: 39.948 יחידות מסה אטומית עבור ארגון ו־207.2 יחידות מסה אטומית עבור עופרת.