Względna i bezwzględna masa atomowa i cząsteczkowa – Omówienie

Względna i bezwzględna masa atomowa i cząsteczkowa.

Definicja:
Atomowa jednostka masy "u" jest to 1/12 masy izotopu węgla ¹²C. (u – ang. Unit – jednostka; dawniej "dalton")

Masa atomowa (względna) A_r(E) jest to masa pojedynczego atomu wyrażona w atomowych jednostkach masy [u].

Masa cząsteczkowa (względna) M_r(S) jest to masa pojedynczej cząsteczki (substancji) wyrażona w atomowych jednostkach masy [u]. Jest to suma mas atomowych, atomów z których składa się cząsteczka.
M_r(S) = A_r(E₁) + A_r(E₂) + ... + A_r(E_n)

Bezwzględna masa atomowa A_b(E) jest to masa pojedynczego atomu wyrażona w jednostkach układu SI – [kg], częściej w  [g].

Bezwzględna masa cząsteczkowa M_b(S) jest to masa cząsteczki wyrażona w jednostkach układu SI - [kg], częściej w  [g].

Zależności miedzy pomiędzy względną masą atomową (cząsteczkową), a bezwzględną masa atomową (cząsteczkową).

1u = 1,660540·10^-27 kg = 1,660540·10^-24 g
1 g = 0,602214·10²⁴ u = 6,02214·10²³ u
 

1u = 1,660540·10^-24 g

1 g = 6,02214·10²³ u

W prostych obliczeniach stosuje się przybliżone wartości:

1u = 1,66 ·10^-24 g
1 g = 6,02·10²³ u

Przykład 1.

Podaj masy atomowe (względne) następujących pierwiastków (z dokładnością do 2 miejsc po przecinku):

a) Cu
b) P
c) O
d) azot
e) siarka

Rozwiązanie:

Aby podać masy atomowe pierwiastków musimy poszukać ich wartości w odpowiednich tablicach np: w układzie okresowym pierwiastków chemicznych (UOP).

Odpowiedź:

Korzystając z układu okresowego pierwiastków chemicznych, masy atomowe pierwiastków są następujące:

ada) A_r(Cu) (miedź) = 63,55 u;
adb) A_r(P) (fosfor) = 30,97 u;
adc) A_r(O) (tlen) = 16,00 u;
add) A_r(N) (azot) = 14,01 u;
ade) A_r(S) (siarka) = 32,06 u;

Przykład 2.

Oblicz masę cząsteczkową (względną) następujących substancji chemicznych (z dokładnością do 2 miejsc po przecinku):

a) CuO
b) H₂SO₄
c) Fe₂S₃
d) Br₂

Rozwiązanie:

Zgodnie z definicją masa cząsteczkowa substancji jest sumą mas atomowych atomów wchodzących w skład cząsteczki, więc:
M_r(S) = A_r(E₁) + A_r(E₂) + ... + A_r(E_n)

ada)
CuO => 1 cząsteczka tlenku miedzi(I) składa się z  1 atomu miedzi i 1 atomu tlenu;
A_r(Cu) = 63,55 u
A_r(O) = 16,00 u

M_r(CuO) = 63,55 u + 16,00 u = 79,55 u.

adb)
H₂SO₄ => 1 cząsteczka kwasu siarkowego(VI), składa się z  2 atomów wodoru, 1 atomu siarki i 4 atomów tlenu;
A_r(H) = 1,01 u
A_r(S) = 32,06 u
A_r(O) = 16,00 u

M_r(H₂SO₄) = 2 · 1,01 u + 32,06 u + 4 · 16,00 u = 98,08 u

adc)
Fe₂S₃ => 1 cząsteczka siarczku żelaza(III), składa się z  2 atomów żelaza i 3 atomów siarki;
A_r(Fe) = 55,84 u;
A_r(S) = 32,06 u

M_r(Fe₂S₃) = 2 · 55,84 u + 3 · 32,06 u = 207,86 u
 

add)
Br₂ => 1 cząsteczka bromu, składa się z  2 atomów bromu;
A_r(Br) = 79,90 u

Mr(Br₂) = 2 · 79,90 u = 159,8 u

Odpowiedź:

Masy atomowe substancji są następujące:
M_r(CuO) = 79,55 u; M_r(H₂SO₄) = 98,08 u; M_r(Fe₂S₃) = 207,86 u; M_r(Br₂) = 159,8 u.

Przykład 3.

Oblicz bezwzględną masę atomową dla następujących pierwiastków:
a) K
b) C
c) Fe
d) I

Rozwiązanie:

Zgodnie z definicją, bezwzględna masa atomu (A_b(E)), to masa atomu (względna) (A_r(E)) wyrażona w kilogramach lub gramach.
W obliczeniach wykorzystana zostanie zależność, 1 u = 1,66 ·10^-24 g.
A_b(E) = A_r(E) · 1,66 ·10^-24 g

Masy atomowe podanych podanych pierwiastków szukamy w tablicach chemicznych i następnie obliczamy bezwzględne masy atomowe.

ada)
A_r(K) = 39,10 u;

Ab(K) = 39,10 · 1,66 ·10^-24 = 64,91 · 10-24 = 6,49*10-23 g.

adb)
A_r(C) = 12,01 u

A_b(C) = 12,01 · 1,66 ·10^-24 = 19,94·10^-24 = 1,99 ·10^-23 g.

adc)
A_r(Fe) = 55,84 u

A_b(Fe) = 55,84 · 1,66 ·10^-24 = 92,69·10^-24 = 9,27 ·10^-23 g.

add)
A_r(I) = 126,90 u

A_b(I) = 126,90 · 1,66 ·10^-24 = 210,65·10^-24 = 2,11 ·10^-22 g.

Odpowiedź:

Bezwzględne masy atomowe są następujące:
A_b(K) = 6,49 ·10^-23 g; A_b(C) = 1,99 ·10^-23 g; A_b(Fe) = 9,27 ·10^-23 g; A_b(I) = 2,11 ·10^-22 g

Przykład 4.

Dla następujących substancji oblicz bezwzględną masę cząsteczkową:
a) H3PO4
b) MgO

Rozwiązanie:

Aby obliczyć bezwzględną masę cząsteczkową substancji, należy najpierw obliczyć masę cząsteczkową tej substancji, a następnie przeliczyć ją na gramy lub kilogramy.
Zależność jednostki masy atomowej i jednostki w układzie SI [g] jest następująca:
1 u = 1,66·10^-24 g
M_b(S) = M_r(S) · 1,66·10^-24

ada)
M_r(H3PO4) = 3 · 1,01 + 30,97 + 4 · 16,00 = 98,00 u;
M_b(H3PO4) = 98,00 · 1,66·10^-24 = 162,68·10^-24 = 1,63·10^-22 g

adb)
M_r(MgO) = 24,30 + 16,00 = 40,30 u;
M_b(MgO) = 40,30 · 1,66·10^-24 = 66,90·10^-24 = 6,69·10^-23 g

Odpowiedź:

M_b(H3PO4) = 1,63·10^-22 g; M_b(MgO) = 6,69·10^-23 g.

Przykład 5.

Oblicz masę atomową pierwiastka, którego atom ma masę 5,32·10^-23 g. Napisz jaki to pierwiastek.

Rozwiązanie:

Aby obliczyć zadanie, należy przeliczyć bezwzględna masę atomową na masę atomową (względną), korzystając z zależności:
1 u = 1,66·10^-24 g

$$\begin{gathered} {\mathrm{A}}_{\mathrm{r}}\left(\mathrm{E}\right) =\frac{{\mathrm{A}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{E}\right)}{1,66·{10}^{-24}} \\ {\mathrm{A}}_{\mathrm{b}}\left(\mathrm{E}\right) = 5,32·{10}^{-23} \mathrm{g} = 53,2·{10}^{-24} \mathrm{g} \\ {\mathrm{A}}_{\mathrm{r}}\left(\mathrm{E}\right) = \frac{53,2·{10}^{-24}}{1,66·{10}^{-24}}=32,05 \\ {\mathrm{A}}_{\mathrm{r}}\left(\mathrm{E}\right) = \frac{\left[\mathrm{g}\right]}{\left[\mathrm{g}\right]}=\left[\right] \\ {\mathrm{A}}_{\mathrm{r}}\left(\mathrm{E}\right) = 32,05 \mathrm{u} \end{gathered}$$
 

W układzie okresowym pierwiastków chemicznych szukamy pierwiastka o masie atomowej 32,05 u, jest to siarka (S).

Odpowiedź:

Masa atomowa tego pierwiastka wynosi 32,05 u i jest to siarka.