Suhteline aatommass (Ar): määratlus, isotoobid ja arvutamine

Suhteline aatommass (Ar): põhjalik selgitus, isotoobid, arvutamine ning praktilised valemid ja näited kiireks mõistmiseks kooli- ja laboritöödeks.

Suhteline aatommass (ka aatommass; sümbol: _Ar) on aatomi raskuse mõõt. See väljendab antud proovi ühe elemendi keskmise aatommassi ja süsinik-12 aatomi massi 1/12 suhet. Teisisõnu ütleb suhteline aatommass, mitu korda on antud elemendi aatom keskmiselt raskem kui kaheteistkümnendik süsiniku-12 aatomist. Sõna "suhteline" viitab sellele mõõtmisalusena kasutatavale süsinik-12 standardile. Suhteline aatommass on arvuline suhtarv — ehk mõõtmeta suurus — ning vastab vanemale terminile aatommass.

Aatomi tuuma prootonite arv määrab, millise elemendiga on tegemist. Enamik looduslikke elemente esineb mitme isotoobina: aatomitel võib olla sama arv prootoneid, kuid erinev arv neutroneid. Konkreetselt sama prootonite arvuga, kuid erineva neutronite arvuga tuuma nimetatakse isotoobiks. Näiteks elemendil tallium on kaks levinuimat isotoopi: tallium-203 ja tallium-205. Mõlemal on 81 prootonit, kuid tallium-205-l on 124 neutronit ja tallium-203-l 122 neutronit. Igal isotoobil on oma täpne mass (isotoopmass) ning selle massi väljendamiseks kasutatakse sageli ka suhtelist isotoopset massi — isotoobi massi suhet 1/12 süsiniku-12 massist. Isotoopi suhteline mass on ligikaudu võrdne tema massiarvuga (prootonite + neutronite arv), kuid jääb sellest veidi alla tänu tuuma ja elektronide sidumisele ning masside eripäradele.

Kuidas suhteline aatommass arvutatakse

Elemendi proovist määratakse selle eri isotoopide suhteline osakaal (aritmeetilises lihtsuses protsentides või murdosa kujul). Proovi suhteline aatommass on nende isotoopsete masside kaalutud keskmine, kus kaaluks on iga isotoobi suhteline osakaal. Kui isotoopide osakaalud on protsentides, võib valemi kirjutada järgmiselt:

Ar = Σ (Ar_i × f_i),

kus Ar_i on i-nda isotoobi suhteline mass ja f_i on selle osakaal (murdosa kujul, nt 0,30 = 30%). Kui protsentides, jagatakse tulemuseks saadud summa 100-ga.

Näide talliumi proovi kohta: kui proov koosneb 30% tallium-203 ja 70% tallium-205, siis

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}

Standardne aatommass ja looduslik varieeruvus

Kaks eri kohta Maal kogutud proovi võivad sama elemendi suhtelise aatommassi osas veidi erineda, sest isotoopide suhtelised sisaldused võivad paikiti erineda. Seetõttu avaldab Rahvusvahelise Puhta ja Rakenduskeemia Liidu (IUPAC) isotoopide ja aatomimasside komisjon standardseid (soovituslikke) väärtusi, mida nimetatakse standaardseks aatommassiks. Need väärtused on statistilised hinnangud mitmete normaalselt esinevate Maal leiduvate proovide keskmisele suhtelisele aatommassile ja on toodud enamikus perioodilisustabelites.

Mõned olulised tähelepanekud ja kasutus

• Suhteline aatommass on mõõtmeta (ilma ühikuta) suhtarv, kuna see on suhteline väärtus võrreldes 1/12 süsinik-12 massiga.
• Keemias kasutatakse sageli lihtsat lähenemist: ühe elemendi suhteline aatommass numberiliselt võrdub elementaarse aine molaarmassiga grammides ühe mooli kohta (st Ar ≈ M (g·mol−1)). Näiteks kui Ar=12.01 (C), siis molaarmass on ligikaudu 12.01 g·mol−1.
• Relatiivsete aatommasside täpseks määramiseks ja isotoopide suhte mõõtmiseks kasutatakse peamiselt massispektromeetriat ja teisi täppismõõtmise meetodeid.

Suhteline aatommass ei ole sama mis:

• Massiarv (A) — see on täisarvuline prootonite ja neutronite summa tuumas ja iseloomustab konkreetset isotoopi (nt 203 või 205). Massiarv ei võta arvesse tuuma sidumismassi ja suhtelist massi täpsust.
• Atomimass ühik (u või Da) — ühe aatomimassühiku (amu, nüüd tuntud ka kui dalton, Da) väärtus on ligikaudu 1/12 süsiniku-12 aatomi massist, ligikaudu 1.66053906660×10^−27 kg. See on ühe aatomi massi ühik, samas kui Ar on ühikuta suhtarv.
• Isotoopne mass — konkreetse isotoobi tegelik mass väljendatuna massiarvuna või u-ühikus; suhteline isotoopne mass on sellest suhtarvuline väljendus.
• Relatiivne molekulmass (Mr) — keemilise ühendi kogu massi suhteline väärtus võrreldes 1/12 süsiniku-12 massiga; see on erinev Ar-ist, kuna Mr arvutatakse molekulide, mitte üksikute aatomite põhjal.
• Moolimass — sageli väljendatakse grammides ühe mooli kohta (g·mol−1) ja selle numbriline väärtus on tavaliselt võrdne Ar-ga, kuid moolimass omab ühikut.

Kokkuvõte: suhteline aatommass Ar on kasulik ja laialt kasutatav suurus keemias ja füüsikas, mis võimaldab võrrelda aatomite raskusi kasutades universaalset mõõtmisalust (1/12 süsiniku-12). Ar arvutatakse isotoopide suhtarvulise keskmisena ning IUPAC avaldab standardväärtused, mis kajastavad Maal levinud proovide keskmisi koostisi. Ar ei ole aga sama, mis massiarv, isotoopmassiühik ega moolimass — oluline on mõista nende erinevusi ja kasutusvaldkondi.

Küsimused ja vastused

K: Mis on suhteline aatommass?

K: Mida tähendab "suhteline" suhtelises aatommassis?

K: Mille poolest erinevad isotoobid üksteisest?

K: Kuidas saab arvutada proovi suhtelist aatommassi?

K: Mis on standardne aatommass?

Küsimus: Kuidas võivad erinevatest kohtadest võetud proovid erineda oma suhtelise aatommassi poolest?

Otsing