Калькулятор атомной массы - Мгновенное определение атомных весов элементов

Что такое атомная масса?

Атомная масса — это средняя масса одного атома химического элемента, измеряемая в атомных единицах массы (u). Этот калькулятор определяет атомную массу любого элемента по его названию или химическому символу, например «Oxygen» или «O».

Атомная единица массы определяется как ровно 1/12 массы атома углерода-12. Большинство элементов встречается в природе в виде смеси изотопов — атомов с одинаковым числом протонов, но разным числом нейтронов. Атомная масса, указанная в периодической таблице, представляет собой средневзвешенное значение масс этих изотопов с учётом распространённости каждого из них.

Поскольку атомная масса является средним значением, она редко бывает целым числом. Например, атомная масса хлора составляет 35,45 u, хотя каждый атом хлора содержит либо 35, либо 37 нуклонов.

Формула атомной массы

Среднюю атомную массу элемента рассчитывают, умножая массу каждого изотопа на его природную распространённость, а затем складывая полученные значения:

$\text{Атомная масса} = \sum_{i} (f_i \times m_i)$

Здесь $f_i$ — доля атомов, являющихся изотопом $i$, записанная в виде десятичной дроби, а $m_i$ — масса этого изотопа в атомных единицах массы. Суммирование выполняется по всем изотопам элемента, встречающимся в природе.

Рабочий пример: хлор

Природный хлор примерно на 75,77 % состоит из хлора-35 (масса 34,97 u) и на 24,23 % — из хлора-37 (масса 36,97 u). Применим формулу:

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

Это соответствует значению, указанному в периодической таблице и возвращаемому калькулятором при поиске «Chlorine» или «Cl».

Значения в этом калькуляторе взяты из стандартных атомных весов, опубликованных Международным союзом чистой и прикладной химии (IUPAC).

Как пользоваться калькулятором атомной массы элемента

1. Введите название элемента, например «Hydrogen», или его символ, например «H», в поле ввода.
2. Калькулятор показывает название элемента, его символ, атомный номер и атомную массу.
3. Нажмите кнопку копирования, чтобы скопировать значение атомной массы.

Поиск не зависит от регистра. Названия и символы распознаются независимо от регистра букв, поэтому «iron», «Iron», «Fe», «fe» и «FE» дают один и тот же результат: железо, атомный номер 26, атомная масса 55,845 u.

Краткие примеры

Почему важна атомная масса

Расчёт молярной массы

Атомная масса служит основой для расчёта молярной массы — массы целой молекулы. Чтобы вычислить её, атомную массу каждого элемента умножают на число его атомов в молекуле, а затем складывают полученные значения.

Вода (H₂O) содержит два атома водорода и один атом кислорода:

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

Диоксид углерода (CO₂) содержит один атом углерода и два атома кислорода:

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

Приготовление растворов

Химики используют молярную массу, чтобы отмерить соединения для приготовления раствора известной концентрации. В хлориде натрия (NaCl) натрий даёт вклад 22,990 u, а хлор — 35,45 u, что даёт молярную массу 58,44 г/моль. Для приготовления одного литра 1-молярного (1 M) раствора NaCl необходимо взвесить 58,44 грамма соли.

Связь атомов с граммами

Один моль любого элемента имеет массу, численно равную его атомной массе в граммах, и содержит примерно 6,022 × 10²³ атомов — это количество называют числом Авогадро. Эта связь соединяет микроскопический масштаб атомов с массами, которые можно измерить на лабораторных весах, и лежит в основе большинства стехиометрических расчётов — раздела химии, изучающего количественные соотношения веществ в реакциях.

Краткая история атомной массы

В 1803 году Джон Дальтон опубликовал первую таблицу атомных весов, приняв массу водорода за 1 и измеряя массы других элементов относительно него. Когда Дмитрий Менделеев составлял периодическую таблицу в 1869 году, располагая элементы по атомному весу, некоторые элементы оказались как будто не на своих местах. Эта загадка была решена лишь спустя десятилетия после открытия изотопов.

В 1961 году учёные договорились считать углерод-12 имеющим массу ровно 12 u, заменив прежние эталоны, основанные на кислороде. Этот эталон используется и сегодня. IUPAC периодически пересматривает измерения атомных весов и обновляет стандартные значения, когда новые данные дают для этого основания, хотя изменения обычно слишком малы, чтобы повлиять на обычные расчёты.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между атомной массой и атомным весом?

Строго говоря, атомная масса относится к массе отдельного атома или изотопа, тогда как атомный вес представляет собой средневзвешенное значение для всех природных изотопов элемента. В повседневном употреблении, в том числе в периодических таблицах, эти два термина считаются синонимами.

Почему атомные массы не являются целыми числами?

Потому что они представляют собой средние значения для двух или более изотопов с разными массами. Атомная масса хлора 35,45 u находится между массами двух его распространённых изотопов — хлора-35 и хлора-37, поскольку они встречаются в природе в разных пропорциях.

Что означает атомная масса без десятичных знаков, например 97 для технеция?

У элементов, не имеющих стабильных изотопов, таких как технеций и плутоний, нет природной смеси изотопов, по которой можно было бы рассчитать среднее значение. Вместо этого IUPAC указывает массовое число наиболее долгоживущего известного изотопа, заключая его в квадратные скобки. Наиболее долгоживущий изотоп технеция — технеций-97, поэтому этот калькулятор показывает 97.

Зависит ли поиск элемента от регистра?

Нет. Ввод «fe», «Fe» или «FE» в каждом случае возвращает железо; то же относится к названиям элементов.

Как найти молярную массу соединения?

Умножьте атомную массу каждого элемента на число его атомов в формуле, а затем сложите результаты. Для воды это выглядит так: (2 × 1,008) + 15,999 = 18,015 u.

Откуда берутся эти значения атомной массы?

Они соответствуют стандартным атомным весам, опубликованным IUPAC — международной организацией, отвечающей за химическую номенклатуру и стандарты измерений. У некоторых элементов, включая аргон и свинец, значения настолько различаются в природных источниках, что IUPAC публикует диапазон, а не одно число. Для таких элементов калькулятор показывает условное значение, приведённое IUPAC для вещества неизвестного происхождения: 39,948 u для аргона и 207,2 u для свинца.