Aatommass: määratlus, aatommassiühik (u), isotoobid ja suhteline aatommass

Aatommass (tavaline tähis: m_a) on keemilise elemendi ühe aatomi mass. See hõlmab aatomi moodustavate kolme põhilise subatomaarse osakese massi: prootonite, neutronite ja elektronide massi. Kuigi aatomi mass koosneb ka elektronidest, on elektronide mass prootonite ja neutronite massiga võrreldes väga väike ning selle mõju aatomi koguomassile on vähene.

Aatommassi ühik ja teisendused

Aatommassi väljendamiseks kasutatakse ühtset aatommassiühikut (ühiku sümbol: u), mis on praktilisem kui grammid, kuna aatomite massid on äärmiselt väikesed. Üks aatommassiühik on määratletud kui 1/12 ühe süsinik-12 aatomi massist (neutraalse aatomi mass). Selle väärtus on ligikaudu 1,660 539 066 60(50) × 10⁻²⁷ kg (CODATA). 1 u vastab ka ligikaudu 931,494 MeV/c², mis on mugav tuumaenergia ja masside arvutamisel.

Massiarv vs aatommass

Massiarv (tähis: A) on lihtne arv, mis näitab aatomituumas olevate prootonite ja neutronite koguarvu. Massiarv on alati täisarv ja tal ei ole ühikuid. See ei ole sama mis aatommass: tegeliku isotoobi aatommass (väljendatuna u-des) erineb tavaliselt täisarvust sõltuvalt prootonite ja neutronite individuaalsetest massidest ning tuumasisest sidumisenergiast (nn massidefekt).

Isotoobid ja isotoopmass

Sama elemendi aatomitel on alati sama arv prootoneid, kuid neutronite arv võib erineda. Sama elemendi erinevate neutroniarvudega aatomitele öeldakse isotoobid. Igal isotoobil on oma aatommass, mida nimetatakse isotoopmassiks. Näiteks klooril on kaks levinud isotoopi: kloor-35 ja kloor-37. Mõlemal on 17 prootonit; kloor-35-l on 18 neutronit ja kloor-37-l 20 neutronit. Kloori isotoopide massid on ligikaudselt 35 u ja 37 u, kuid täpsed väärtused erinevad natuke täisarvudest massidefekti tõttu.

Suhteline isotoopmass ja suhteline aatommass

Suhteline isotoopmass on isotoobi mass võrreldes 1/12 osa süsinik-12 aatomist — teisisõnu, mitu korda on antud isotoop raskem kui 1/12 süsinik-12 massist. Kuna võrdluspunktiks on süsinik-12, on sellisel massil mõiste “suhteline”. Kui suhtelist isotoopmassi väljendatakse aatommassiühikutes, on selle arvnägu võrdne isotoopmassiga (isotoopmassis on tavaliselt ühik u), kuid suhtelisel väärtusel ühikut ei ole.

Suhteline aatommass (tähis: Ar) on vastava elemendi (või proovi) keskmise aatomi massi ja süsinik-12 massi 1/12 suhe. Kuna looduslikus materjalis võib element esineda mitme isotoobina, leitakse suhteline aatommass kui selle isotoopide suhteliste masside arvukusega kaalutud keskmine:

Ar = Σ (xi · Ar,i)

• xi — isotoobi murdosa (hulgas või massiprotsent ümber jagatuna murdarvuna)
• Ar,i — isotoobi suhteline mass (arvuline väärtus u-des, kuid Ar on ühikuta)

Näide: kloori suhteline aatommass

Kuna kloori looduslikus segus on tavaliselt umbes 75% kloor-35 ja 25% kloor-37 (murdosadena x1 = 0,75 ja x2 = 0,25), arvutame suhtelise aatommassi:

Ar(Cl) = 0,75 × 35 + 0,25 × 37 = 26,25 + 9,25 = 35,50

Seega on kloori suhteline aatommass ligikaudu 35,50 (tavaliselt tabelites esitatakse see kujul 35,45…35,50 sõltuvalt täpsest looduslikust koostisest ja ümardusest).

Miks aatommass ei ole täisarv

Isotoopide aatomimassid ei ole täpselt täisarvud mitmel põhjusel:

• prootonite ja neutronite individuaalsed massid ei ole täpselt 1 u;
• tuumas esinev sidumisenergia (massidefekt) muudab tuuma massi võrreldes eraldiseisvate nukleonide summaga;
• elektronide mass ja elektronide sidumisenergiad annavad samuti väikese panuse neutraalse aatomi massile.

Praktiline kasutus ja mõõtmine

Aatommassid ja suhtelised aatommassid on olulised keemias ja füüsikas reaktsioonide massitasakaalude, molaarmassi arvutuste, spektromeetria ja tuumafüüsika jaoks. Isotoopide täpsed massid määratakse enamasti massispektromeetria abil ja IUPAC avaldab standarditud suhteliste aatommasside (standardsete aatomkaalude) väärtusi koos võimalikud varieeruvustega looduslikes materjalides.

Kokkuvõte

• Aatommass (m_a) on ühe aatomi mass ja seda mõõdetakse tavaliselt aatommassiühikutes (u).
• Massiarv A = prootonite + neutronite arv on lihtne täisarvuline lähteindeks, kuid ei võrdu täpselt aatommassiga.
• Isotoobid omavad erinevaid aatommasse ja nende kaalutud keskmisena tekib suhteline aatommass (Ar), mida tabelites kasutatakse.
• Suhtelist aatommassi väljendatakse ilma ühikuteta, kuid selle arvuline väärtus vastab keskmisele massile aatommassiühikutes.

Küsimused ja vastused

K: Mis on aatommass?

K: Kuidas väljendatakse aatommassi?

K: Milline on süsinik-12 aatomi mass?

K: Mis määrab, millise elemendi aatom on?

K: Mis on isotoobid?

K: Mis vahe on aatommassi ja selle massiarvu vahel ?

Otsing