תוֹכֶן
אחת המשימות הנפוצות שתצטרכו לבצע כמדען ניצני המסוגל לעבוד עם נתונים היא הבנת מושג הממוצע. לעיתים קרובות תיתקלו במדגם של חפצים דומים הנבדלים זה מזה לפי מאפיין בודד בו אתם לומדים, כמו מסה.
יתכן שתצטרך אפילו לחשב את המסה הממוצעת של קבוצת עצמים שאינך יכול לשקול ישירות, כמו אטומים.
מרבית 92 האטומים המופיעים בטבע מגיעים בשתי צורות או יותר מעט שונות, הנקראות איזוטופים. איזוטופים מאותו אלמנט נבדלים זה מזה רק במספר הנויטרונים הכלולים בגרעינים שלהם.
זה יכול להיות שימושי ליישם את כל העקרונות הללו יחד כדי להגיע למסה הממוצעת של מבחר אטומים שנשאבו מתוך מאגר ידוע של איזוטופים שונים.
מהם אטומים?
האטומים הם היחידה האישית הקטנה ביותר של יסוד המורכב מכל התכונות של אותו אלמנט. האטומים מורכבים מגרעין המכיל פרוטונים ונויטרונים שמסתובבים כמעט על ידי אלקטרונים חסרי מסה.
פרוטונים ונויטרונים שוקלים זהה זה לזה. כל פרוטון מכיל מטען חשמלי חיובי שווה בעוצמתו והפוך בסימן לזה של אלקטרון (שלילי), בעוד שנויטרונים אינם נושאים מטען נטו.
האטומים מאופיינים בעיקר במספר האטומי שלהם, שזה רק מספר הפרוטונים באטום. הוספה או חיסור של אלקטרונים יוצרת אטום טעון המכונה יון, תוך שינוי מספר הנויטרונים יוצר איזוטופ של האטום, וכך יסוד, המדובר.
איזוטופים ומספר מסה
המספר המוני של אטום הוא מספר הפרוטונים פלוס נויטרונים שיש לו. לכרום (Cr), למשל, יש 24 פרוטונים (ובכך מגדירים את היסוד כרום) ובצורתו היציבה ביותר - כלומר האיזוטופ שמופיע לרוב בטבע - יש לו 28 נויטרונים. מספר המסה שלו הוא אפוא 52.
איזוטופים של אלמנט מוגדרים על ידי מספר המוני שלהם בעת הכתיבה. לפיכך, האיזוטופ של פחמן עם 6 פרוטונים ו 6 נויטרונים הוא פחמן -12, ואילו האיזוטופ הכבד יותר עם נויטרון אחד נוסף הוא פחמן -13.
רוב האלמנטים מתרחשים כתערובת של איזוטופים שאחד מהם דומיננטי משמעותית על האחרים במונחים של "פופולריות". לדוגמא, 99.76 אחוז מהחמצן המתרחש באופן טבעי הוא חמצן -16. עם זאת, חלק מהאלמנטים, כמו כלור ונחושת, מראים תפוצה רחבה יותר של איזוטופים.
נוסחת מסה ממוצעת
ממוצע מתמטי הוא פשוט הסכום של כל התוצאות האישיות במדגם חלקי המספר הכולל של הפריטים במדגם. לדוגמה, בכיתה עם חמישה תלמידים שהשיגו ציוני חידון של 3, 4, 5, 2 ו- 5, הממוצע בכיתה בחידון יהיה (3 + 4 + 5 + 2 + 5) ÷ 5 = 3.8.
ניתן לכתוב את משוואת המסה הממוצעת במספר רב של דרכים, ובמקרים מסוימים תצטרך לדעת תכונות הקשורות לממוצע, כמו סטיית תקן. לעת עתה, פשוט התמקדו בהגדרה הבסיסית.
ממוצע משוקלל ואיזוטופים
הכרת השבר היחסי של כל איזוטופ של אלמנט מסוים המתרחש בטבע מאפשר לך לחשב את ה- מסה אטומית של אותו יסוד, שמכיוון שהוא ממוצע אינו המסה של אטום אחד אלא מספר שהוא בין האיזוטופים הכבדים והקלים ביותר שיש.
אם כל האיזוטופים היו קיימים באותה הכמות, תוכלו פשוט להוסיף את המסה של כל סוג איזוטופ ולחלק את מספר הסוגים השונים של איזוטופים שנמצאים (בדרך כלל שניים או שלושה).
המסה האטומית הממוצעת, שניתנה ביחידות המסה האטומית (אמו), תמיד דומה למספר המסה, אך היא איננה מספר שלם.
מסה אטומית ממוצעת: דוגמה
לכלור -35 יש מסה אטומית של 34.969 אמו והיא מהווה 75.77% מכלור בכדור הארץ.
לכלור -37 יש מסה אטומית של 36.966 אמו ושיעור אחוז של 24.23%.
כדי לחשב את המסה האטומית הממוצעת של כלור, השתמש במידע בטבלה תקופתית של היסוד (ראה משאבים) כדי למצוא את הממוצע (המשוקלל) אך שנה את האחוזים לעשרונים:
(34.969 × 0.7577) + (36.966 × 0.2423) = 35.45 אמו