تعريف الكتلة الذرية – الوزن الذري

الكتلة الذرية، أو الوزن الذري، هي متوسط كتلة ذرات العنصر، المحسوبة بوفرة النظائر النسبية في العنصر الطبيعي. تشير الكتلة الذرية إلى حجم الذرة، ورغم أنها تمثل مجموع كتلة البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في الذرة، إلا أن كتلة الإلكترونات أقل بكثير من كتلة الجسيمات الأخرى. ببساطة، الكتلة هي كتلة النواة، التي تتألف من البروتونات والنيوترونات. 

أمثلة على الكتلة الذرية

تبلغ الكتلة الذرية للكربون 12.011، وتتكون معظم ذرات الكربون من ستة بروتونات وستة نيوترونات.
2- الكتلة الذرية للهيدروجين هي 1.0079، والهيدروجين (الرقم الذري 1) هو العنصر الذي يحتوي على أقل كتلة ذرية، والنظير الأكثر شيوعا للهيدروجين هو البروتيوم، وهو ذرة تتألف من بروتون أو بروتون وإلكترون، وبسبب وجود كمية صغيرة من الديوتيريوم (بروتون واحد ونيوترون واحد) والتريتيوم (بروتون واحد ونيوترونان)، فإن الكتلة الذرية للهيدروجين تكون أعلى قليلا من ذلك.

كيفية حساب الكتلة الذرية

قد يطلب منك حساب الكتلة الذرية في مجال الكيمياء أو الفيزياء، وهناك أكثر من طريقة لحساب الكتلة الذرية، تعتمد الطريقة التي تستخدمها على المعلومات التي تحصل عليها أولا، ومن الجيد أن تفهم بدقة ما يعنيه الكتلة الذرية.

كما ذكرنا سابقا، الكتلة الذرية تشير إلى مجموع كتل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في الذرة، أو متوسط الكتلة في مجموعة من الذرات، وعلى الرغم من ذلك، تكون كتلة الإلكترونات أخف بكثير من البروتونات والنيوترونات لدرجة أنها لا تؤخذ في الاعتبار، لذلك يتم حساب الكتلة الذرية عن طريق جمع كتل البروتونات والنيوترونات فقط.

يمكن استخدام ثلاث طرق لحساب الكتلة الذرية، ويعتمد الطريقة التي يتم استخدامها على ما إذا كان لديك ذرة واحدة أو عينة طبيعية من العنصر، أو إذا كنت ترغب في معرفة القيمة القياسية.

طرق إيجاد الكتلة الذرية

تعتمد الطريقة المستخدمة لتحديد الكتلة الذرية على ما إذا كنت تبحث في ذرة واحدة أو عينة طبيعية أو عينة تحتوي على نسبة معروفة من النظائر

البحث عن الكتلة الذرية على الجدول الدوري

إذا كانت هذه هي أول دراسة لك في مجال الكيمياء، فسوف يرغب معلمك في معرفة كيفية استخدام الجدول الدوري للعثور على الكتلة الذرية (الوزن الذري) لعنصر ما. عادة، يتم إعطاء هذا الرقم تحت رمز العنصر. ابحث عن الرقم العشري، وهو متوسط مرجح للكتل الذرية لجميع النظائر الطبيعية للعنصر.

مثال: في حال طلب منك تحديد الكتلة الذرية للكربون، يجب عليك أولا معرفة رمز العنصر الخاص به وهو الـ C، ثم البحث عن هذا الرمز في الجدول الدوري للعناصر، وسيكون الرقم الذري للكربون هو الرقم 6، وتزداد القيمة العددية للعناصر بينما تتحرك عبر الجدول، ولكن القيمة التي تحتاجها هي الكتلة الذرية أو الوزن الذري الذي يكون رقما عشريا، وتختلف الأرقام المهمة حسب الجدول الدوري، ولكن القيمة القريبة تكون حوالي 12.01.

– يتم تعيين القيمة الذرية في الجدول الدوري بوحدات الكتلة الذرية أو الـ amu، ولكن عند حسابات الكيمياء، عادة ما يتم كتابة الكتلة الذرية بالجرامات لكل مول أو g/mol، وستكون الكتلة الذرية للكربون 12.01 جرام لكل مول من ذرات الكربون.

مجموع البروتونات والنيوترونات لذرة واحدة

يتم حساب الكتلة الذرية لذرة عنصر واحد عن طريق جمع كتلة البروتونات والنيوترونات.

مثال: لتححديد الكتلة الذرية لنظير الكربون الذي يحتوي على 7 نيوترونات، يمكنك البحث في الجدول الدوري لتحديد عدد ذري 6 للكربون، وهو عدد البروتونات في الذرة، ويتم حساب الكتلة الذرية من خلال جمع عدد البروتونات والنيوترونات، وبالتالي 6+7=13.

المتوسط المرجح لجميع ذرات العنصر

تمثل الكتلة الذرية للعنصر المتوسط المرجح لجميع نظائر العنصر، ويمكن حسابها بسهولة باستخدام الخطوات المناسبة، وعادة ما يتم تزويدك في هذه المشاكل بقائمة من النظائر مع كتلتها ووفرتها الطبيعية، سواء كقيمة عشرية أو نسبة مئوية.

• ضرب كتلة كل نظير بوفرته، وعندما تكون وفرتك في المئة، قم بقسم الإجابة على 100.
• اجمع هذه القيم معًا.

الجواب هو الكتلة الذرية الكلية أو الوزن الذري الشامل للعنصر.
ومثال : تمنح لك عينة تحتوي على ٩٨٪ من الكربون -١٢ و ٢٪ من الكربون -١٣، فما هي الكتلة الذرية النسبية للعنصر؟

أولاً : يتم تحويل النسب المئوية إلى قيم عشرية عن طريق قسمة كل نسبة مئوية على 100. تصبح العينة 0.98 للكربون-12 و 0.02 للكربون-13. يمكن التحقق من الحسابات عن طريق التأكد من أن الكسور العشرية تصل إلى 1، حيث 0.98 + 0.02 = 1.00.

ثانيًا : بعد ذلك، يتم ضرب الكتلة الذرية لكل نظير بنسبة العنصر في العينة

0.98 × 12 = 11.76
0.02 × 13 = 0.26

ثالثًا : للحصول على الإجابة النهائية، يتم جمع هذه العناصر معًا: 11.76 + 0.26 = 12.02 جم/مول.

وقد تلاحظ أن هذه الكتلة الذرية ، أعلى قليلاً من القيمة الواردة في الجدول الدوري ، لعنصر الكربون ، وهذا يعني ، أنه قد احتوت العينة التي أعطيت لتحليلها على الكربون -13 ، أكثر من المتوسط ، وتعرف هذا لأن الكتلة الذرية النسبية أعلى من قيمة الجدول الدوري ، فعلى الرغم من أن رقم الجدول الدوري ، يتضمن نظائر أثقل ، مثل الكربون 14.

ستلاحظ أيضًا أن الأرقام المذكورة في الجدول الدوري تنطبق على القشرة الأرضية / الغلاف الجوي، وقد لا يكون لها تأثير كبير على نسبة النظائر المتوقعة في القشرة الخارجية أو اللب أو في عوالم أخرى.

مع الوقت، قد تلاحظ تغييرًا طفيفًا في قيم الكتلة الذرية لكل عنصر في الجدول الدوري؛ وهذا يحدث عندما يقوم العلماء بمراجعة نسبة النظائر في القشرة. وفي الجداول الدورية الحديثة، يتم أحيانًا الاستشهاد بمجموعة من القيم بدلاً من الكتلة الذرية الواحدة.