[ تعرٌف على ] كتلة ذرية # اخر تحديث اليوم 2024-04-19

تم النشر اليوم 2024-04-19 | كتلة ذرية

معامل التحويل بين الكتلة الذرية والكتلة المولية

يعتمد الكيميائيون في تعيين كمية مادة معمليا على وحدة مول ورمزها mol)، وهي تعرف بأنها كمية المادة الكونة من عدد كبير جدا من الذرات، فمثلا يوجد في 12 غرام من نظير الكربون-12 عدد 6.022 × 1023 من الذرات. فإن عدد الذرات في 1 مول من العنصر يبلغ 6.022 × 1023 ذرة، ويسمى هذا العدد عدد أفوجادرو، وهو ينطبق على جميع المواد والعناصر. إن كمية 1 مول من المادة تحتوي باستمرار على الكتلة المولية أو كتلة ذرية قياسية للمادة؛ وقد يتفق هذا بالتمام مع الكتلة الذرية وهذ يعتمد على: هل العنصر يوجد في الطبيعة في هيئة نظير واحد أم أنه طبيعيا خليط من عدة نظائر. فمثلا الكتلة الذرية القياسية للحديد هي 55.847 g/mol, وبهذا يكون 1 مول من الحديد كما نجده في الطبيعة (كمخلوط نظائر حديد) تبلغ كتلته 55.847غرام. ولكن توجد 22 عنصر ذات نظير واحد، مثل الفلور، والصوديوم، والألمونيوم والفسفور ولهذا فإن الكتلة الذرية القياسية لأي من تلك العناصر تكون مساوية لـ كتلته الذرية. المعادلة التي نحول بها وحدة كتل ذرية u إلى الكتلة بالغرام لذرة واحدة، هي: 1

u
= M
u
N
A
= 1

g / m
o
l
N
A {\displaystyle 1\ {\rm {u}}={M_{\rm {u}} \over N_{\rm {A}}}\ ={{1\ {\rm {g/mol}}} \over N_{\rm {A}}}}
حيث
M
u {\displaystyle M_{\rm {u}}} ثابت الكتلة المولية و
N
A {\displaystyle N_{\rm {A}}} هو عدد أفوجادرو.

تاريخ الكتلة الذرية

قبل الستينيات كان يتم التعبير عن نظير الأكسجين-16 على أن له «كتلة ذرية» 16، مع العلم بأنه يوجد نسب صغيرة لكل من أكسجين-17 وأكسجين-18 في الأكسجين العادي، والذي تم استخدامه أيضا لحساب الكتلة الذرية مما أدى لوجود جدولين مختلفين للكتلة الذرية. ولاحقا استخدم الكيميائيون والفيزيائيون جدولين مختلفين للكتلة الذرية. استخدم الكيميائيون الجدول المبنى على أساس الخليط المكون لنظائر الأكسجين المذكورة اعلاه، بينما استخدم الفيزيائيون في البدء الأكسجين-16 ويتعاملون معه على حدة على أساس أن نواته تتكون من 8 بروتون و8 نيوترون، وبعد ذلك أصبح الفيزيائيون يتعاملون مع الأكسجين-16 والأكسجين-17 والاكسجين-18 كل على حدة. وقد تم توحيد القياس بعد ذلك باستخدام الكربون-12 12C كمرجع للمعايرة للاستجابة احتياجات الكيميائيين. وقد قابل ذلك أيضا احتياجات الفيزيائيين على أساس أن الكربون يتكون تفريبا من نظير واحد نقى (الكربون-12)، كما أنه كان قريبا أيضا من حسابات الكيميائيين. في العادة يتعامل الكيميائي مع العنصر كما يوجد في الطبيعة (كمخلوط من عدة نظائر) تشترك جميعها في خواصها الكيميائية؛ أما الفزيائيون فهم يهتمون بدراسة كل نظير على حدة، لأن خواصها الطبيعية تختلف. بعد فترة اكتشف الفيزيائيون أن للكربون نظير، وهو الكربون-14 ولكنه قليل جدا [بحيث يمكن اهماله في التعامل الكيميائي]. ويستخدم الفيزيائيون الكربون-14 بقياس كمياته في الأخشاب القديمة لتحديد عمرها (تأريخ بالكربون المشع). يبين الجدول التالي الكتل الذرية النسبية لبعض العناصر (أي الأوزان الذرية) طبقا لكتلة المعايرة: العنصر بالنسبة لـ
natH = 1 natO = 16 16O = 16 12C = 12
natH 01,000 01,008 01,008 01,008
natCl 35,175 35,457 35,464 35,453
natO 15,872 16,000 16,004 15,999
natN 13,896 14,008 14,011 14,007
natC 11,916 12,011 12,015 12,011 إلى اليمين الكتل الذرية للعناصر (بخلطة نظائر كل منها كما توجد طبيعيا (nat)، وإلى اليسار الكتل الذرية بالنسبة لمعايرتها بالكربون-12. و نظرا لأن الكيميائي يتعامل مع المواد بالوزن بالجرام أو وحدة مول فنستطيع اختصار الجدول أعلاه كالآتي: العنصر
وزن 1 مول من العنصر
natH 01,008 جرام
natCl 35,453 جرام
natO 15,999 جرام
natN 14,007 جرام
natC 12,011 جرام

العلاقة بين الكتلة الذرية والكتلة الجزيئية

يطبق نفس التعريف على تعريف الكتلة الجزيئية. فيمكن حساب الكتلة الجزيئية عن طريق جمع الكتل الذرية للعناصر المكونة للجزيء. كما يمكن تعيين الكتلة المولية لمركب ما عن طريق جمع الكتل الذرية النسبية لجميع العناصر المكونة للمركب الكيميائي كما تعطيه صيغته الكيميائية. في كل حالة من تلك الحالتين يجب اتخاذ عدد الذرات الموجودة في المركب في الاعتبار. مثال
الكتلة الجزيئية (أو كتلة مولية) لملح الطعام (كلوريد الصوديوم): بتطبيق الكتل الذرية المذكورة في الجدول السابق للكلور 35.453 والصوديوم 22.989، نحصل على الكتلة الجزيئية لكلوريد الصوديوم Mu: M(NaCl)= [22.989 + 35.453] × 1g/mol = 58.443 g/mol
الكتلة المولية للمركب لاكتوز
أيضا بتطبيق الكتل الذرية المذكورة في الجدول أعلاه: M(C12H22O11)= ([12× 12.0107]+ [22× 1.00794]+ [11× 15.9994])× 1g/mol= 342.297g/mol.

شرح مبسط