Чему равна атомная масса углерода

А́томная ма́сса — масса атома. Единица измерения в СИ — килограмм, по факту обычно применяется внесистемная единица — атомная единица массы.

Содержание

Общие сведения [ править | править код ]

Одним из фундаментальных свойств атома является его масса. Абсолютная масса атома — величина чрезвычайно малая. Так, атом водорода имеет массу около 1,67⋅10 −24 г [1] . Поэтому в химии (преимущественно для практических целей) значительно удобнее пользоваться относительной (условной) величиной, которую называют относительной атомной массой или просто атомной массой и которая показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы атома другого элемента, принятой за единицу измерения массы.

В качестве единицы измерения атомных и молекулярных масс принята 1 12 часть массы нейтрального атома наиболее распространённого изотопа углерода 12 C [2] . Эта внесистемная единица измерения массы получила название атомная единица массы ( а. е. м. ) или дальтон (Да).

Разность между атомной массой изотопа и его массовым числом называется избытком массы (обычно его выражают в МэВ). Он может быть как положительным, так и отрицательным; причина его возникновения — нелинейная зависимость энергии связи ядер от числа протонов и нейтронов, а также различие в массах протона и нейтрона.

Зависимость атомной массы изотопа от массового числа такова: избыток массы положителен у водорода-1, с ростом массового числа он уменьшается и становится отрицательным, пока не достигается минимум у железа-56, потом начинает расти и возрастает до положительных значений у тяжёлых нуклидов. Это соответствует тому, что деление ядер, более тяжёлых, чем железо, высвобождает энергию, тогда как деление лёгких ядер требует энергии. Напротив, слияние ядер легче железа высвобождает энергию, слияние же элементов тяжелее железа требует дополнительной энергии.

Атомная масса химического элемента (также «средняя атомная масса», «стандартная атомная масса») является средневзвешенной атомной массой всех существующих в природе стабильных и нестабильных изотопов данного химического элемента с учётом их природной (процентной) распространённости в земной коре и атмосфере. Именно эта атомная масса представлена в периодической таблице Д. И. Менделеева, её используют в стехиометрических расчётах. Атомная масса элемента с нарушенным изотопным соотношением (например, обогащённого каким-либо изотопом) отличается от стандартной. Для моноизотопных элементов (таких как иод, золото и т. п. ) атомная масса элемента совпадает с атомной массой его единственного представленного в природной смеси изотопа. Для химических элементов, отсутствующих в природе (синтетических химических элементов), таких как технеций, кюрий и т. п. , в качестве атомной массы элемента условно указывают массовое число наиболее стабильного из известных изотопов этого элемента; такие значения в таблице Менделеева традиционно указываются в квадратных скобках.

Относительная атомная масса [ править | править код ]

Относи́тельная а́томная ма́сса (устаревшее название — атомный вес) — значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы. Определяется как отношение массы атома данного элемента к 1 12 массе нейтрального атома изотопа углерода 12 C. Из определения следует, что относительная атомная масса является безразмерной величиной [3] .

Читайте также:  Что такое намлок на клавиатуре

Молекулярная (молярная) масса [ править | править код ]

Молекулярной массой химического соединения называется сумма атомных масс элементов, составляющих его, умноженных на стехиометрические коэффициенты элементов по химической формуле соединения. Строго говоря, масса молекулы меньше массы составляющих её атомов на величину, равную энергии связи молекулы (см. выше). Однако этот дефект массы на 9—10 порядков меньше массы молекулы, и им можно пренебречь.

Определение моля (и числа Авогадро) выбирается таким образом, чтобы масса одного моля вещества (молярная масса), выраженная в граммах (на моль), была численно равна атомной (или молекулярной) массе этого вещества. Например, атомная масса железа равна 55,847 а. е. м. Следовательно, один моль железа (то есть количество атомов железа, равное числу Авогадро, ≈6,022⋅10 23 ) имеет массу 55,847 г .

Прямое сравнение и измерение масс атомов и молекул выполняется с помощью масс-спектрометрических методов.

История [ править | править код ]

При вычислениях атомных масс изначально (с начала XIX века, по предложению Дж. Дальтона; см. Атомистическая теория Дальтона) за единицу массы [относительную] принимали массу атома водорода как самого лёгкого элемента и по отношению к нему вычисляли массы атомов др. элементов. Но так как атомные массы большинства элементов определяются, исходя из состава их кислородных соединений, то фактически (де-факто) вычисления производились по отношению к атомной массе кислорода, которая принималась равной 16; отношение между атомными массами кислорода и водорода считали равным 16 : 1. Впоследствии более точные измерения показали, что это отношение равно 15,874 : 1 или, что то же самое, 16 : 1,0079 , — в зависимости от того, к какому атому — кислорода или водорода — относить целочисленное значение. Изменение атомной массы кислорода повлекло бы за собой изменение атомных масс большинства элементов. Поэтому было решено оставить для кислорода атомную массу 16, приняв атомную массу водорода равной 1,0079.

Таким образом, за единицу атомной массы принималась 1 16 часть массы атома кислорода, получившая название кислородной единицы. В дальнейшем было установлено, что природный кислород представляет собой смесь изотопов, так что кислородная единица массы характеризует среднее значение массы атомов природных изотопов кислорода (кислорода-16, кислорода-17 и кислорода-18), которое оказалось непостоянным из-за природных вариаций изотопного состава кислорода. Для атомной физики такая единица оказалась неприемлемой, и в этой отрасли науки за единицу атомной массы была принята 1 16 часть массы атома кислорода 16 O. В результате оформились две шкалы атомных масс — химическая и физическая. Наличие двух шкал атомных масс создавало большие неудобства. Величины многих констант, рассчитанных по физической и химической шкалам, оказывались различными [4] . Это неприемлемое положение привело к введению углеродной шкалы атомных масс вместо кислородной.

Читайте также:  Linux ssh авторизация по ключу

Единая шкала относительных атомных масс и новая единица атомной массы принята Международным съездом физиков (1960) и унифицирована Международным съездом химиков (1961; спустя 100 лет после 1-го Международного съезда химиков), вместо предыдущих двух кислородных единиц атомной массы — физической и химической. Кислородная химическая единица равна 0,999957 новой углеродной единицы атомной массы. В современной шкале относительные атомные массы кислорода и водорода равны соответственно 15,9994 : 1,0079… Поскольку новая единица атомной массы привязана к конкретному изотопу, а не к среднему значению атомной массы химического элемента, природные изотопные вариации не сказываются на воспроизводимости этой единицы.

Молярная масса углерода

Любое химическое соединение кроме молярной массы характеризуется относительной молекулярной массой. Относительная молекулярная масса Mr – это молярная масса соединения, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 ( 12 С). Это безразмерная величина.

Относительная атомная масса Ar – это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 ( 12 С).

Относительная атомная масса углерода равна 12,0116 а.е.м. Его относительная молекулярная масса будет равна 12,0116, а молярная масса:

M(С) = Mr (С) × 1 моль = 12,0116 г/моль.

В обычных условиях углерод (строение атома показано на рис. 1) может существовать в виде нескольких простых веществ – аллотропных модификаций. Таковыми являются алмаз, кристаллизующийся в кубической и гексагональной (лонсдейлит) системе, и графит, принадлежащий к гексагональной системе. Все они имеют молярную массу равную 12,0116 г/моль. Кроме этого известны и другие формы углерода, например, древесный уголь, кокс, сажа, карбин, поликумулен, графен, фуллерен, нанотрубки, нановолокна, астрален и т.д.

Рис. 1. Строение атома углерода.

Углерод не может существовать в виде газа, только в форме твердого вещества, поэтому для нахождения значения его молярной массы нельзя использовать величину молярного объема или производить расчеты по формуле Менделеева-Клапейрона.

Примеры решения задач

Задание Термохимическое уравнение неполного горения углерода выглядит следующим образом:

2C + O2 = 2CO + 220 кДж.

Рассчитайте количество теплоты, которая выделится при сгорании углерода массой 3 г.

Решение Известно, что в реакцию вступило 3 г углерода. Рассчитаем массу исходного вещества основываясь на уравнении реакции. Согласно стехиометрическим коэффициентам количество вещества углерода равно 2 моль (n(C) = 2 моль). Найдем массу углерода (молярная масса равна 12 г/моль):

m(C) = 2 × 12 = 24 г.

Данное термохимическое уравнение реакции показывает, что при сгорании 24 г углерода выделяется 220 кДж теплоты. Примем за «х» количество теплоты, которое выделится при сгорании 3 г углерода и составим пропорцию:

x = 3 × 220 / 24 = 27,5 кДж.

Ответ При неполном сгорании 3 г углерода выделяется 27,5 кДж теплоты.
Задание При сгорании угля массой 187,5 г образовался оксид углерода (IV) объемом 336 л (нормальные условия). Вычислите массовую долю углерода в угле.
Решение Запишем уравнение реакции сгорания угля:

Найдем количество вещества образовавшегося оксида углерода (IV):

n(CO2) = 336 / 22,4 = 15 моль.

Читайте также:  Российский квантовый центр отзывы сотрудников

Согласно уравнению реакции n(CO2) :n(C) = 1:1, т.е. n(CO2) =n(C) = 15 моль. Рассчитаем массу углерода (молярная масса равна 12 г/моль):

Таблица атомных масс химических элементов является частным случаем представления периодической системы Менделеева и применяется для теоретических расчетов в прикладной химии.

Химический элемент Символ Атомная масса
Водород H 1,00794
Гелий He 4,002602
Литий Li 6,941
Бериллий Be 9,012182
Бор B 10,811
Углерод C 12,0107
Азот N 14,0067
Кислород O 15,9994
Фтор F 18,9984032
Неон Ne 20,1797

‘);> //–>

‘);> //–>

Натрий Na 22,98976928
Магний Mg 24,3050
Алюминий Al 26,9815386
Кремний Si 28,0855
Фосфор P 30,973762
Сера S 32,065
Хлор Cl 35,453
Аргон Ar 39,948
Калий K 39,0983
Кальций Ca 40,078
Скандий Sc 44,955912
Титан Ti 47,867
Ванадий V 50,9415
Хром Cr 51,9961
Марганец Mn 54,938045
Железо Fe 55,845
Кобальт Co 58,933195
Никель Ni 58,6934
Медь Cu 63,546
Цинк Zn 65,409
Галлий Ga 69,723
Германий Ge 72,64
Мышьяк As 74,92160
Селен Se 78,96
Бром Br 79,904
Криптон Kr 83,798
Рубидий Rb 85,4678
Стронций Sr 87,62
Иттрий Y 88,90585
Цирконий Zr 91,224
Ниобий Nb 92,90638
Молибден Mo 95,94
Технеций Tc 98,9063
Рутений Ru 101,07
Родий Rh 102,90550
Палладий Pd 106,42
Серебро Ag 107,8682
Кадмий Cd 112,411
Индий In 114,818
Олово Sn 118,710
Сурьма Sb 121,760
Теллур Te 127,60
Иод I 126,90447
Ксенон Xe 131,293
Цезий Cs 132,9054519
Барий Ba 137,327
Лантан La 138,90547
Церий Ce 140,116
Празеодим Pr 140,90765
Неодим Nd 144,242
Прометий Pm 146,9151
Самарий Sm 150,36
Европий Eu 151,964
Гадолиний Gd 157,25
Тербий Tb 158,92535
Диспрозий Dy 162,500
Гольмий Ho 164,93032
Эрбий Er 167,259
Тулий Tm 168,93421
Иттербий Yb 173,04
Лютеций Lu 174,967
Гафний Hf 178,49
Тантал Ta 180,9479
Вольфрам W 183,84
Рений Re 186,207
Осмий Os 190,23
Иридий Ir 192,217
Платина Pt 195,084
Золото Au 196,966569
Ртуть Hg 200,59
Таллий Tl 204,3833
Свинец Pb 207,2
Висмут Bi 208,98040
Полоний Po 208,9824
Астат At 209,9871
Радон Rn 222,0176
Франций Fr 223,0197
Радий Ra 226,0254
Актиний Ac 227,0278
Торий Th 232,03806
Протактиний Pa 231,03588
Уран U 238,02891
Нептуний Np 237,0482
Плутоний Pu 244,0642
Америций Am 243,0614
Кюрий Cm 247,0703
Берклий Bk 247,0703
Калифорний Cf 251,0796
Эйнштейний Es 252,0829
Фермий Fm 257,0951
Менделевий Md 258,0986
Нобелий No 259,1009
Лоуренсий Lr 266
Резерфордий Rf 267
Дубний Db 268
Сиборгий Sg 269
Борий Bh 270
Хассий Hs 277
Мейтнерий Mt 278
Дармштадтий Ds 281
Рентгений Rg 282
Коперниций Cn 285
Нихоний Nh 286
Флеровий Fl 289
Московий Mc 290
Ливерморий Lv 293
Теннессин Ts 294
Оганесон Og 294

На этой странице представлена таблица химических элементов, упорядоченная в порядке возрастания их атомных номеров.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector