Przeczytaj
Standardowa masa atomowa i jej obliczanie
Standardowe masy atomoweStandardowe masy atomowe pierwiastków były kiedyś uważane jako niezmienne i stałe wartości, umieszczane w układzie okresowym. Aktualnie te wartości określane są przez Komisję IUPAC ds. Masy Atomowej i Zawartości Izotopowych (CIAAW). Próbki izotopówizotopów pochodzą z wielu źródeł Ziemi, tak aby wartość ta mogła być szeroko stosowana jako „masa atomowamasa atomowa” dla rzeczywistych substancji – np. w farmaceutykach i badaniach naukowych. Standardowa masa atomowa () zależy również od ilości stabilnych izotopów pierwiastka. Czyli im więcej danego izotopu, tym bardziej wpływa on na standardową masę atomową. Jednak zawartość izotopu może się również różnić w zależności od miejsca na Ziemi, co prowadzi do różnic w masie atomowej pierwiastka.
Miedź i jej zawartość na Ziemi
W środowisku obecne są dwa izotopy: miedź– (o masie ) i miedź– (o masie ) o zawartości kolejno i . Standardowa masa atomowa () dla miedzi jest średnią z uwzględnieniem zawartości izotopów. Standardowa masa atomowa jest wielkością bezwymiarową.
Spośród znanych pierwiastków chemicznych, są stabilnestabilne. Wartość standardowej masy atomowej odzwierciedla zawartość pierwiastków w środowisku Ziemi. Dla dwunastu pierwiastków, próbki z różnych miejsc różnią się zawartością, ponieważ ich źródła miały inną historię. Na przykład tal () w skałach osadowych ma inny skład izotopowy niż w skałach magmowych i gazach wulkanicznych. Dla tych pierwiastków standardowa masa atomowa jest oznaczana jako przedział: , co oznacza, że jest ona wartością z przedziału podanych liczb.
Weźmy pod uwagę dane z układu okresowego IUPAC, przedstawiającego notację przedziałową standardowych mas atomowych boru, węgla i azotu. Podając przykład: wykres kołowy dla boru pokazuje, że składa się z około i . Ta mieszanina izotopów powoduje, że masa atomowa zwykłych ziemskich próbek boru powinna mieścić się w przedziale od do , a z kolei ten przedział jest standardową masą atomową. Próbki boru z nietypowych źródeł, szczególnie tych nielądowych, mogą mieć masy atomowe, które wykraczają poza ten zakres. Metodą, która pozwala określić zawartości pierwiastków oraz ich izotopów w źródłach różnego pochodzenia, jest spektrometria masspektrometria mas – przyrząd, służący do dokonywania pomiaru, to analogicznie spektrometr mas.
Obliczanie standardowej masy atomowej na podstawie danych z widma masowego
Standardową masę atomową możemy obliczyć na podstawie widma masowegowidma masowego. Potrzebny będzie współczynnik każdego jonu (czyli stosunek masy do ładunku) oraz ich zawartość procentowa. Współczynnik jest odczytywany z widma masowego.
zawartość |
Można zauważyć, że jest bliskie wartości . Dzieje się tak, ponieważ ma znacznie większą zawartość (w porównaniu do dwóch pozostałych izotopów).
Spektrometr mas
Spektrometry masowe mogą wykrywać śladowe zanieczyszczenia w atmosferze, dostarczać informacji o składzie dużych cząsteczek i pomagać w określeniu wieku najstarszych skał Ziemi. Również spektrometry masowe mogą znaleźć standardową zawartość każdego izotopu pierwiastka.
W r. J. J. Thompson po raz pierwszy wykrył i w próbce neonu, który był w stanie gazowym. Posłużył się do tego polem magnetycznym, by oddzielić izotopy. Współczesne spektrometry masowe również wykorzystują pole magnetyczne do rozdzielania izotopów pierwiastka. Ponieważ pole magnetyczne może wpływać tylko na cząstki posiadające ładunek elektryczny, atomy muszą najpierw zostać „zjonizowane”. Następnie pole magnetyczne odchyla jony o tym samym ładunku, ale o różnych masach. Jony kierowane są do detektora, który zamienia w sposób ilościowy sygnał w postaci prądu jonowego na sygnał elektryczny. Jest on następnie rejestrowany przez komputer w postaci widma stosunku masy do ładunku elektrycznego (nazywanego często widmem masowym).
Schemat ideowy zasady działania spektrometru mas
Poniżej przedstawione zostało widmo masowe, które przedstawia względną zawartość izotopów neonu.
Widmo masowe na osi poziomej przedstawia stosunek każdego jonu, czyli stosunek masy do ładunku. To bardzo przydatna informacja, ponieważ oznacza, że spektrometr mas może pokazać, które izotopy znajdują się w określonej próbce. Na osi pionowej pokazuje względną zawartość każdego jonu, podawaną zazwyczaj w procentach. Jest to proporcja każdego jonu w próbce. Na podstawie tych danych można wyznaczyć standardową masę atomową pierwiastka w próbce.
Słownik
najczęściej stosowana i praktyczna masa atomowa; obliczona na podstawie wielu źródeł (próbek) pochodzących z Ziemi; wartości te określone są przez Komisję IUPAC ds. Masy Atomowej i Zawartości Izotopowych (CIAAW)
, masa atomu izotopu lub średnia masa atomu pierwiastka chemicznego (dla naturalnego składu izotopowego)
(gr. ísos „równy”, tópos „miejsce”) nuklidy o tej samej liczbie atomowej i różnych liczbach masowych (tj. o tej samej liczbie protonów i różnych liczbach neutronów w jądrze atomu)
izotopy superciężkich pierwiastków chemicznych, których jądra atomowe wykazują znacznie wyższą trwałość
technika służąca do badania struktury i identyfikacji związków chemicznych oraz oznaczeń ilościowych (pierwiastków, związków chemicznych), na podstawie analizy wartości stosunku masy do ładunku () wiązki jonów wprowadzonych do spektrometru mas
widmo powstałe przez rozdzielenie w spektrometrze mas strumienia jonów, wg stosunku ich masy do ładunku elektrycznego jonu, w którym poszczególne linie odpowiadają różnym masom
Bibliografia
Encyklopedia PWN
Meija J., Coplen T. B., Berglund M., Brand W. A., De Bièvre P., Gröning M., Holden N. E., Irrgeher J., Loss R. D., Walczyk T., Prohaska T., Atomic weights of the elements 2013, „Pure and Applied Chemistry” 2016, 3, t. 88.
Saunders N., Saunders A., AS Chemistry, Oxford 2007.
Wieser M. E., Atomic weights od the Elements 2005, „Pure and Applied Chemistry” 2006, 11, t. 78, s. 2051‑2066.