Santykinė atominė masė – apibrėžimas, skaičiavimas ir pavyzdžiai

Santykinė atominė masė nėra tas pats, kas:

Masės skaičius (A) – tai sveikasis skaičius, lygus protonų ir neutronų skaičiaus sumai branduolyje. Masės skaičius nurodo konkretų izotopą (pvz., 203 ar 205 talio izotopui), o santykinė atominė masė dažnai yra ne sveikasis skaičius, nes tai izotopų proporcijų svertinis vidurkis.
Izotopinė masė – tai tam tikro izotopo masė, palyginta su 1/12 anglies-12 atomo mase. Ji labai artima masės skaičiui, bet gali skirtis dėl branduolio sąsajos energijos ir elektronų masės.
Moliarinė masė (M) – tai vieno elemento ar junginio 1 molio masė, paprastai išreiškiama g·mol−1. Skaičiais ji dažnai sutampa su santykine atomine mase (pvz., Ar ≈ 12,011 → C molarinė masė ≈ 12,011 g·mol−1), tačiau molarinė masė turi fizikinį vienetą.
Atominė masė vienetais (u arba Da) – tai absoliuti masė išreiškiama atominio masės vieneto (1 u = 1/12 C‑12 masės ≈ 1,66053906660×10−27 kg). Izotopinė masė paprastai pateikiama u (Da), o santykinė atominė masė – be vienetų.
Santykinė molekulinė masė – tai molekulės atominių santykinių masių suma (be vienetų); ji skiriasi nuo atomo santykinės masės tuo, kad apima visų molekulės atomų indėlį.

Kaip apskaičiuojama santykinė atominė masė

Santykinę atominę masę elemento mėginiui apskaičiuojame kaip to mėginio izotopinių masių ir jų gausų svertinį vidurkį. Bendrinė formulė yra:

A_r(elementas) = Σ [f_i × A_r(izotopas i)],

kur f_i yra izotopo i frakcija mėginyje (pvz., 0,30 reiškia 30 %), o A_r(izotopas i) – to izotopo santykinė izotopinė masė.

Pavyzdys (iš originalo): jeigu talio mėginį sudaro 30 % talio‑203 ir 70 % talio‑205, tada

A r = ( 203 × 30 ) + ( 205 × 70 ) 100 = ( 6090 ) + ( 14350 ) 100 = 20440 100 = 204,4 {\displaystyle A_{r}={\frac {(203\times 30)+(205\times 70)}{100}}}={\frac {(6090)+(14350)}{100}}={\frac {20440}{100}}}=204,4}} $A_{r}={\frac {(203\times 30)+(205\times 70)}{100}}={\frac {(6090)+(14350)}{100}}={\frac {20440}{100}}=204.4$

Praktiškai dažnai naudojama dalinio skaičiaus (frakcijos) forma: A_r = 0,30×203 + 0,70×205 = 204,4.

Pavyzdžiai ir praktinis naudojimas

Chloras: turi du pagrindinius izotopus Cl‑35 ir Cl‑37. Jei Cl‑35 gausa ≈ 75,78 % ir Cl‑37 ≈ 24,22 %, santykinė atominė masė A_r(Cl) ≈ 35,45. Šis skaičius naudojamas skaičiuojant molarines mases reagentams ir cheminėms reakcijoms.
Anglis: standartinė atominė masė (periodinėje lentelėje) A_r(C) ≈ 12,011, nes natūralioje anglyje yra truputį C‑13 izotopo šalia domineančio C‑12.
Santykinė atominė masė tiesiogiai naudojama skaičiuojant molarinę masę: molarinė masė (g·mol−1) numeriškai lygi A_r, bet turi vienetą g·mol−1.

Matuojamumas, standartizavimas ir kintamumas

Santykinių izotopinių masių ir izotopų gausų reikšmės nustatomos eksperimentiškai, dažniausiai naudojant masių spektrometriją. IUPAC reguliariai skelbia standartines atominės masės (angl. standard atomic weights), tai yra tam tikro skaičiaus normalizuotų Žemės mėginių vidurkiai. Tačiau atskirų mėginių santykinės atominės masės gali skirtis dėl natūralių izotopų proporcijų svyravimų (pvz., geochemijoje, meteorituose ar kituose planetiniuose mėginiuose). Todėl kartais kalbama apie standartinę atominę masę (IUPAC) ir apie konkretaus mėginio santykinę atominę masę.

Svarbu pažymėti, kad santykinė atominė masė yra bez vienetų (dimensionless) dydis — tai santykis, palyginimas su 1/12 anglies‑12 atomo mase. Tačiau ji grindžiama matuojamomis izotopų masėmis (išreikštomis u arba kg) ir matavimo netikrumais, todėl periodinėse lentelėse pateikiamos ir netikrumų ribos.

Kur tai svarbu?

Stoichiometrijoje ir chemijos skaičiavimuose – molinių kiekių ir reagentų masių skaičiavimui.
Izotopinėse analizėse ir geochemijoje – nedideli izotopų gausos svyravimai suteikia informaciją apie klimato pokyčius, kilmę ar datavimą.
Farmacijoje ir pramonėje – tikslus mišinių sudėties nustatymas, kokybės kontrolė.

Apibendrinant: santykinė atominė masė (A_r) yra be vienetų rodiklis, parodantis, kiek vidutinis elemento atomas sunkesnis už 1/12 anglies‑12 atomo. Ji skaičiuojama kaip izotopinių santykinių masių ir jų gausų svertinis vidurkis; standartines vertes skelbia IUPAC, tačiau atskirų mėginių reikšmės gali skirtis.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra santykinė atominė masė?

A: Santykinė atominė masė (dar vadinama atomine mase; simbolis: Ar) - tai matas, rodantis, kokie sunkūs yra atomai. Tai vidutinės vieno elemento atomo masės iš tam tikro mėginio ir 1/12 anglies-12 atomo masės santykis. Kitaip tariant, ji parodo, kiek kartų vidutinis tam tikro mėginio atomas yra sunkesnis už vieną dvyliktąją anglies-12 atomo dalį.

Klausimas: Ką reiškia žodis "santykinė" santykinėje atominėje masėje?

A: Žodis "santykinė" santykinėje atominėje masėje reiškia, kad ši skalė yra santykinė su anglies-12 mase, t. y. ji matuoja dviejų masių santykį, o ne konkrečius vienetus.

K: Kuo izotopai skiriasi vienas nuo kito?

A: Izotopai yra atomai, turintys skirtingą neutronų skaičių, o tai reiškia, kad jie turi skirtingas mases, taigi ir skirtingas santykines izotopines mases. Pavyzdžiui, talis turi du paplitusius izotopus - talis-203 ir talis-205. Abu turi 81 protoną, bet skiriasi neutronų skaičiumi (122 - 203 ir 124 - 205).

Klausimas: Kaip apskaičiuoti santykinę bandinio atominę masę?

A: Santykinę atominę masę galime nustatyti apskaičiuodami atitinkamo izotopo santykinių izotopinių masių gausumo svertinį vidurkį. Pavyzdžiui, jei mėginį sudaro 30 % talio-203 ir 70 % talio-205, tuomet apskaičiuojame A_r = (203 x 30) + (205 x 70)/100 = 204,4.

K: Kas yra standartinė atominė masė?

A: Standartinė atominė masė - tai visų normalių mėginių atitinkamų santykinių atominių masių vidutinė vertė, kurią reguliariai skelbia IUPAC (Tarptautinė grynosios ir taikomosios chemijos sąjunga). Ši vertė nurodoma periodinėse lentelėse, taip pat vartojama pakaitomis su santykine atomine mase, kai kalbama apie atskirus bandinius ar elementus.

K: Kaip gali skirtis mėginių, paimtų iš skirtingų vietų, santykinės atominės masės?

A: Iš skirtingų vietų paimtų mėginių santykinė atominė masė gali šiek tiek skirtis, nes skiriasi kiekvieno elemento izotopų proporcijos tose vietose.