Khối lượng nguyên tử: Làm thế nào nó khác nhau trong Bảng tuần hoàn và các ví dụ

Khối lượng nguyên tử là một giá trị tương đối chỉ ra mối quan hệ giữa khối lượng mol của một nguyên tố và mật độ của nó. Sau đó, khối lượng này phụ thuộc vào mật độ của nguyên tố và mật độ phụ thuộc lần lượt vào pha và vào cách các nguyên tử được sắp xếp bên trong nó.

Vì vậy, thể tích nguyên tử của một nguyên tố Z không giống nhau trong một pha khác với pha thể hiện ở nhiệt độ phòng (lỏng, rắn hoặc khí) hoặc khi nó là một phần của các hợp chất nhất định. Do đó, thể tích nguyên tử của Z trong hợp chất ZA khác với khối lượng Z trong hợp chất ZB.

Tại sao? Để hiểu nó, cần phải so sánh các nguyên tử với, ví dụ, viên bi. Các viên bi, giống như những viên bi của hình ảnh vượt trội, đã xác định rất rõ đường viền vật chất của chúng, được quan sát nhờ bề mặt rực rỡ của nó. Ngược lại, ranh giới của các nguyên tử là khuếch tán, mặc dù chúng có thể được coi là hình cầu từ xa.

Do đó, điều quyết định một điểm nằm ngoài ranh giới nguyên tử là xác suất không tìm thấy electron và điểm này có thể ở xa hoặc gần hạt nhân hơn tùy thuộc vào số lượng nguyên tử lân cận tương tác xung quanh nguyên tử đang xem xét.

Khối lượng và bán kính nguyên tử

Khi tương tác hai nguyên tử H trong phân tử H ₂, vị trí của các hạt nhân của chúng được xác định cũng như khoảng cách giữa chúng (khoảng cách nội hạt). Nếu cả hai nguyên tử đều có hình cầu, bán kính là khoảng cách giữa hạt nhân và ranh giới khuếch tán:

Trong hình ảnh trên có thể thấy xác suất tìm thấy một electron giảm khi nó di chuyển ra khỏi hạt nhân. Chia khoảng cách hạt nhân giữa hai, bán kính nguyên tử thu được. Tiếp theo, giả sử hình học hình cầu cho các nguyên tử, chúng tôi sử dụng công thức để tính thể tích của một hình cầu:

V = (4/3) (Pi) r3

Trong biểu thức này r là bán kính nguyên tử được xác định cho phân tử H ₂ . Giá trị của V được tính theo phương pháp không chính xác này có thể thay đổi nếu, ví dụ, H ₂ được coi là ở trạng thái lỏng hoặc kim loại. Tuy nhiên, phương pháp này rất không chính xác vì hình dạng của các nguyên tử nằm cách xa quả cầu lý tưởng trong các tương tác của chúng.

Để xác định khối lượng nguyên tử trong chất rắn, nhiều biến liên quan đến sự sắp xếp được tính đến và chúng được lấy bằng các nghiên cứu nhiễu xạ tia X.

Công thức bổ sung

Khối lượng mol biểu thị lượng vật chất có số mol nguyên tử của nguyên tố hóa học.

Đơn vị của nó là g / mol. Mặt khác, mật độ là khối lượng chiếm một gram của nguyên tố: g / mL. Vì các đơn vị thể tích nguyên tử là mL / mol, bạn phải chơi với các biến để đạt được các đơn vị mong muốn:

(g / mol) (mL / g) = mL / mol

Hoặc những gì giống nhau:

(Khối lượng mol) (1 / D) = V

(Khối lượng mol / D) = V

Do đó, có thể dễ dàng tính được thể tích của một mol nguyên tử của một nguyên tố; trong khi với công thức của thể tích hình cầu, thể tích của một nguyên tử riêng lẻ được tính toán. Để đạt được giá trị này từ giá trị đầu tiên, một chuyển đổi là cần thiết thông qua số của Avogadro (6.02 · 10-23).

Làm thế nào để khối lượng nguyên tử khác nhau trong bảng tuần hoàn?

Nếu các nguyên tử được coi là hình cầu, thì sự biến đổi của chúng sẽ giống như được quan sát trong bán kính nguyên tử. Trong hình trên, cho thấy các yếu tố đại diện, nó được minh họa rằng từ phải sang trái các nguyên tử lùn; mặt khác, từ trên xuống dưới chúng trở nên đồ sộ hơn.

Điều này là do trong cùng thời kỳ, hạt nhân kết hợp các proton khi nó di chuyển sang phải. Các proton này tác dụng một lực hấp dẫn lên các electron bên ngoài, chúng cảm thấy một điện tích hạt nhân Z _{ef hiệu quả}, ít hơn điện tích hạt nhân Z thực tế.

Các electron của các lớp bên trong đẩy lùi các lớp bên ngoài, làm giảm tác dụng của hạt nhân lên các lớp này; Điều này được gọi là hiệu ứng màn hình. Trong cùng thời gian, hiệu ứng màn hình không quản lý để chống lại sự gia tăng số lượng proton, vì vậy các electron của lớp bên trong không ngăn được sự co lại của các nguyên tử.

Tuy nhiên, bằng cách hạ xuống thành một nhóm, các mức năng lượng mới được kích hoạt, cho phép các electron quay quanh hạt nhân xa hơn. Ngoài ra, số lượng electron ở lớp bên trong tăng lên, có hiệu ứng che chắn bắt đầu bị giảm nếu hạt nhân thêm proton một lần nữa.

Vì những lý do này, có thể thấy rằng nhóm 1A có các nguyên tử dễ bay hơi nhất, không giống như các nguyên tử nhỏ của nhóm 8A (hoặc 18), là các khí hiếm.

Khối lượng nguyên tử của kim loại chuyển tiếp

Các nguyên tử của các kim loại chuyển tiếp kết hợp các electron với quỹ đạo bên trong d. Sự gia tăng hiệu ứng màn hình này và, cũng như điện tích hạt nhân Z thực sự, bị hủy gần như bằng nhau, do đó các nguyên tử của chúng giữ nguyên kích thước trong cùng thời kỳ.

Nói cách khác: trong một thời kỳ, các kim loại chuyển tiếp thể hiện khối lượng nguyên tử tương tự. Tuy nhiên, những khác biệt nhỏ này rất có ý nghĩa khi xác định các tinh thể kim loại (như thể chúng là viên bi kim loại).

Ví dụ

Hai công thức toán học có sẵn để tính thể tích nguyên tử của một nguyên tố, mỗi phần tử có các ví dụ tương ứng.

Ví dụ 1

Cho bán kính nguyên tử của hydro -37 pm (1 picometer = 10-12m) - và Caesium -265 pm-, hãy tính thể tích nguyên tử của nó.

Sử dụng công thức của thể tích hình cầu, sau đó chúng ta có:

V _H = (4/3) (3.14) (37 giờ chiều) 3 = 212, 07 chiều3

V _Cs = (4/3) (3.14) (265 chiều) 3 = 77912297, 67 chiều3

Tuy nhiên, các thể tích được biểu thị bằng pyromet là cắt cổ, vì vậy chúng được chuyển thành các đơn vị angstroms, nhân chúng với hệ số chuyển đổi (1Å / 100pm) 3:

(212, 07 pm3) (1Å / 100pm) 3 = 2.1207 × 10-4 3

(77912297, 67 chiều3) (1Å / 100pm) 3 = 77, 912 3

Do đó, sự khác biệt về kích thước giữa nguyên tử nhỏ của H và nguyên tử cồng kềnh của Cs vẫn còn rõ ràng về mặt số lượng. Cần phải lưu ý rằng những tính toán này chỉ là gần đúng theo tuyên bố rằng một nguyên tử hoàn toàn hình cầu, đi lang thang khi đối mặt với thực tế.

Ví dụ 2

Mật độ của vàng nguyên chất là 19, 32 g / mL và khối lượng mol của nó là 196, 97 g / mol. Áp dụng công thức M / D để tính thể tích của một mol nguyên tử vàng có các cách sau:

V _Au = (196, 97 g / mol) / (19, 32 g / mL) = 10, 19 mL / mol

Đó là, 1 mol nguyên tử vàng chiếm 10, 19 mL, nhưng một nguyên tử vàng chiếm khối lượng cụ thể là bao nhiêu? Và làm thế nào để thể hiện nó theo đơn vị pm3? Đối với điều này chỉ đơn giản là áp dụng các yếu tố chuyển đổi sau đây:

(10, 19 mL / mol) · (mol / 6.02 · 10-23 nguyên tử) · (1 m / 100 cm) 3 · (1 giờ chiều / 10-12m) 3 = 16, 92 · 106 pm3

Mặt khác, bán kính nguyên tử của vàng là 166 pm. Nếu bạn so sánh cả hai khối lượng - khối lượng thu được bằng phương pháp trước đó và khối lượng được tính toán với công thức của khối lượng hình cầu - bạn sẽ thấy rằng chúng không có cùng giá trị:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 chiều) 3 = 19.15 · 106 chiều3

Cái nào trong hai cái gần nhất với giá trị được chấp nhận? Kết quả gần nhất với kết quả thí nghiệm thu được từ nhiễu xạ tia X của cấu trúc tinh thể vàng.