Kalkulator masy atomowej
Oszacuj masę atomową izotopu na podstawie liczby protonów i neutronów. Wprowadź obie wartości, aby uzyskać przybliżony wynik w jednostkach masy atomowej (u).
Kalkulator masy atomowej (u) pierwiastka
Wzór na masę atomową
Gdzie:
- \(A\) — liczba masowa, wielkość bez jednostki
- \(Z\) — liczba protonów
- \(N\) — liczba neutronów
- \(m_{\mathrm{est}}\) — szacowana masa atomowa w jednostkach masy atomowej (u, oznaczana również \(\mathrm{u}\))
Kalkulator sumuje liczby protonów i neutronów. Daje to dokładną liczbę masową oraz przybliżoną masę atomową w u, a nie zmierzoną masę izotopu.
Masa atomowa – przykład obliczenia
Przykład: pozostaw domyślne wartości: 1 proton i 0 neutronów. Wartości te opisują wodór-1.
\[ A=1+0=1,\qquad m_{\mathrm{est}}\approx 1\,\mathrm{u} \]
Wynik: kalkulator wyświetla 1 u. Wodór-1 ma liczbę masową 1; rzeczywista masa neutralnego atomu wynosi około 1,007825 u.
Jak korzystać z kalkulatora masy atomowej
- Wprowadź liczbę protonów izotopu w polu Liczba protonów. Ta wartość identyfikuje pierwiastek: na przykład każdy atom węgla ma 6 protonów.
- Wprowadź liczbę neutronów w polu Liczba neutronów. Izotopy tego samego pierwiastka mają różne liczby neutronów.
- Odczytaj wynik w polu Masa atomowa (u). Wyświetlana liczba to suma obu wartości, interpretowana jako przybliżona masa w u.
Podawaj liczby całkowite i nieujemne. Chociaż pola akceptują zero, atom pierwiastka chemicznego musi mieć co najmniej jeden proton. Jeśli znasz notację izotopu, jego liczba masowa to liczba po nazwie, jak w węglu-14; odejmij liczbę protonów, aby znaleźć liczbę neutronów.
Co oznacza wynik
Jądro atomowe zawiera protony i neutrony. Ich łączna liczba to liczba masowa, zwykle zapisywana jako \(A\). Na przykład węgiel-14 ma 6 protonów i 8 neutronów, więc jego liczba masowa wynosi 14. Liczba protonów określa, jaki to pierwiastek, a liczba neutronów odróżnia jego izotop. Zmiana liczby neutronów zmienia wynik kalkulatora, ale nie zmienia pierwiastka.
Ponieważ proton i neutron mają masę zbliżoną do jednej jednostki masy atomowej, liczba masowa pozwala szybko oszacować masę atomu w u. Jednostka masy atomowej, czyli zjednoczona jednostka masy atomowej (\(\mathrm{u}\)), jest zdefiniowana jako jedna dwunasta masy neutralnego atomu węgla-12. Węgiel-12 ma więc z definicji masę atomową dokładnie 12 u. Dla innych izotopów wartość liczbowa masy atomowej jest na ogół zbliżona do liczby masowej, ale nie jest jej równa.
Etykieta Masa atomowa (u) w kalkulatorze odnosi się do tego oszacowania. Wynik nie jest standardową masą atomową zwykle podawaną w układzie okresowym. Ta ostatnia wartość uwzględnia masy i względne zawartości naturalnie występujących izotopów pierwiastka. Ten kalkulator prosi tylko o liczby protonów i neutronów; nie przyjmuje mas izotopów ani ich zawartości i nie potrafi obliczyć ich średniej ważonej.
Założenia i ograniczenia praktyczne
Dodawanie protonów i neutronów zakłada, że każdy nukleon wnosi około 1 u. Dokładna masa izotopu uwzględnia także masy elektronów i energię wiązania jądra. Te efekty wyjaśniają, dlaczego większość rzeczywistych mas atomowych różni się od liczby całkowitej wyświetlanej tutaj. Gdy obliczenie wymaga wysokiej precyzji, użyj zmierzonej masy izotopu.
Wprowadzaj wartości dla jednego izotopu, a nie dla mieszaniny izotopów ani całej cząsteczki. Na przykład wprowadzenie 6 protonów i 8 neutronów szacuje masę jednego atomu węgla-14 na 14 u; nie daje średniej masy naturalnie występującego węgla. Podobnie sumowanie wartości z kilku atomów nie da dokładnej masy cząsteczkowej. Do obliczeń dotyczących cząsteczek zobacz kalkulator masy cząsteczkowej (prawo GMV).
Masa atomowa w u opisuje masę pojedynczego atomu lub izotopu w skali atomowej. Masa molowa opisuje masę mola cząsteczek w gramach na mol. Ich wartości liczbowe mogą być zbliżone dla określonego izotopu, ale różnią się jednostkami i zastosowaniem. Jeśli chcesz powiązać liczbę atomów z molami, użyj kalkulatora zamiany atomów na mole; kalkulator liczby Avogadra oferuje inny sposób pracy z liczbą cząstek.
Najczęściej zadawane pytania
Jak przeliczyć jednostki masy atomowej na kilogramy lub gramy?
Pomnóż masę w jednostkach masy atomowej przez \(1.66054\times10^{-27}\), aby uzyskać kilogramy, lub przez \(1.66054\times10^{-24}\), aby uzyskać gramy. Na przykład oszacowanie 14 u to około \(2.32\times10^{-26}\) kg na atom. Przeliczenie jednostek nie zamienia oszacowania kalkulatora w dokładnie zmierzoną masę izotopu.
Dlaczego zmierzona masa izotopu nie jest całkowitą liczbą u?
Protony i neutrony nie ważą dokładnie po 1 u, a utworzenie jądra zmienia jego masę całkowitą na skutek energii wiązania jądra. Neutralny atom zawiera także elektrony. Bilans tych efektów zależy od izotopu, dlatego zmierzona masa może być nieco większa lub mniejsza od swojej liczby masowej będącej liczbą całkowitą.
Czy jon ma inną masę atomową niż atom neutralny?
Tak, ale różnica jest zwykle mała. Zyskanie lub utrata elektronów zmienia masę atomu bez zmiany liczby protonów i neutronów, więc ten kalkulator daje ten sam wynik dla jonu i jego neutralnego atomu. W przypadku dokładnych mas jonów użyj zmierzonej masy izotopu i uwzględnij elektrony zyskane lub utracone.
Czy izotop może mieć zero neutronów lub więcej neutronów niż protonów?
Tak. Wodór-1 ma zero neutronów, podczas gdy wiele stabilnych izotopów cięższych pierwiastków ma więcej neutronów niż protonów. Nie istnieje jeden „dobry” stosunek liczby neutronów do protonów dla każdego pierwiastka: to, czy konkretna kombinacja tworzy stabilne jądro, zależy od pierwiastka i izotopu. Poprawna wartość całkowita niekoniecznie opisuje izotop, który istnieje.
Jak obliczyć średnią masę atomową na podstawie zawartości izotopów?
Pomnóż zmierzoną masę każdego izotopu przez jego ułamkową zawartość, a następnie dodaj iloczyny: \(\bar m=\sum_i f_i m_i\), gdzie ułamki sumują się do 1. Najpierw zamień procenty na ułamki; na przykład 25% staje się 0,25. Nie używaj oszacowań w postaci liczb całkowitych z tego kalkulatora, gdy potrzebujesz dokładnej masy atomowej z układu okresowego.
Ile cyfr znaczących powinienem użyć dla tego wyniku?
Traktuj wyświetlaną liczbę całkowitą jako zgrubne oszacowanie masy, a nie pomiar o znanej precyzji. Dodanie miejsc dziesiętnych lub przeliczenie na inną jednostkę nie może dostarczyć brakującej dokładności. Jeśli Twoje obliczenie zależy od małych różnic mas — na przykład dokładnej masy reakcji — sprawdź zmierzone masy izotopów i stosuj się do podanej dla nich precyzji.