Công thức tính khối lượng nguyên tử khối
|
Từ thời cố Hi Lạp, các nhà triết học theo trường phái Đê mô crit (Democritus) cho rằng các chất đều được cấu tạo từ những phần tử rất nhỏ được gọi là atomos, nghĩa là không chia nhỏ hơn được nữa. Cho đến tận giữa thế kỉ XIX, người ta cho rằng: các chất đều được tạo nên từ những hạt cực kì nhỏ bé không thể phân chia được nữa, gọi là nguyên tử. Những công trình thực nghiệm vào cuối thế kỉ XIX, đầu thế kỉ XX đã chứng minh nguyên tử có thật và có cấu tạo phức tạp, đồng thời tìm ra cách tính nguyên tử khối. Hóa học hiện đại ngày nay có nhiều phương pháp tính nguyên tử khối song cốt lõi vẫn dựa vào lý thuyết nguyên tử của hóa học cổ điển Cấu tạo một nguyên tử gồm có 3 loại hạt: proton, notron và electron 1, cách tính nguyên tử khối theo thành phần cấu tạo của nguyên tửCụ thể thành phần cấu tạo của nguyên tử gồm 3 loại hạt: electron, proton và notron
Từ bảng trên, ta có m (nguyên tử) = m (p) x n (p) + m (n) x n (n) + m (e) x n (e) Song khối lượng của proton hoặc notron lớn hơn khối lượng của electron khoảng 1840 lần, do đó, khối lượng nguyên tử tập trung hầu hết ở hạt nhân, khối lượng của các eclectron là không đáng kể so với khối lượng của nguyên tử Vậy cách tính khối lượng nguyên tử hóa 10 là công thức sau m (nguyên tử) = m (p) x n (p) + m (n) x n (n) Sơ lược về lịch sử tìm ra 3 loại hạt cấu tạo nên nguyên tử: Electron: Năm 1897, nhà bác học người Anh (J.J. Thomson) khi nghiên cứu hiện tượng phóng điện trong chân không đã phát hiện ra tia âm cực, mà bản chất là các chùm hạt nhỏ bé mang điện tích âm, gọi là các electron. Bằng thực nghiệm, người ta đã xác định được khối lượng và điện tích của electron Khối lượng electron: m (e) = 9,1094. 10 -31 kg Điện tích: q (e) = – 1, 602. 10 -19 C (Cu – lông) -> được coi là điện tích đơn vị, điện tích của electron được quy ước là -1 Proton: Năm 1918, Rơ – dơ – pho khi bắn phá hạt nhân nguyên tử ni tơ bằng hạt α đã quan sát được sự xuất hiện hạt nhân nguyên tử oxi và một loạt hạt có khối lượng 1, 6726. 10 -27 kg, mang một đơn vị điện tích dương (eo hay 1+). Hạt này là một thành phần cấu tạo của hạt nhân nguyên tử, được gọi là proton, kí hiệu bằng chữ p Điện tích của proton là điện tích dương Khối lượng proton: m(p) = 1, 6726. 10 -27 kg Điện tích: q (e) = + 1, 602. 10 -19 C, điện tích của proton được quy ước là + 1 Notron: Năm 1932, J. Chadwick dùng hạt α bắn phá hạt nhân nguyên tử beri đã quan sát được sự xuất hiện một loại hạt mới có khối lượng xấp xỉ khối lượng của proton nhưng không mang điện, được gọi là notron, kí hiệu bằng chữ n Khối lượng notron (n): m (n) = 1, 6748. 10 -27 kg Điện tích: q (n) = 0 2, Khối lượng nguyên tử và cách tính nguyên tử khốiTa khó tưởng tượng được 1g của bất kì chất nào cũng chứa tới hàng tỉ tỉ nguyên tử. Thí dụ: 1g cacbon có tới 5.10 22 (50 000 . 10 9 . 10 9) nguyên tử cacbon (tức là năm mươi nghìn tỉ tỉ nguyên tử cacbon). Bởi vậy cách tính khối lượng nguyên tử theo kg sẽ gây nhiều khó khăn trong việc biểu thị cũng như tính toán, đo lường trong khoa học Vậy để biểu thị khối lượng của nguyên tử, phân tử và các hạt proton, notron, electron người ta dùng đơn vị khối lượng nguyên tử, kí hiệu là u, u còn được gọi là đvC (đơn vị cacbon)
Đơn vị u (hay đvC) là đơn vị tính khối lượng nguyên tử một cách ngắn gọn 1 u bằng 1/12 khối lượng của một nguyên tử đồng vị cacbon 12. Nguyên tử này có khối lượng là 19,9265. 10 -27 kg -> 1 u = 1,6605. 10 -27 Khối lượng của một nguyên tử cacbon là 12 u, khối lượng của một nguyên tử hidro là 1 u, khối lượng của 1 nguyên tử natri là 23,… Và để cho ngắn gọn, trong cách tính khối lượng nguyên tử bằng u, ta lược bỏ đơn vị (u) trong khối lượng nguyên tử đi, chỉ giữ lại phần số, đồng thời ngầm hiểu khối lượng nguyên tử là 23 (u). Bằng những phương pháp thực nghiệm, các nhà khoa học đã tìm ra được cấu tạo nguyên tử, tính toán được khối lượng nguyên tử bằng nhiều cách tính nguyên tử khối khác nhau. Trong đó, cách tính bằng u và g là 2 cách tính phổ biến cũng như được áp dụng nhiều nhất hiện nay.
Cần nhớ - 1u = 1,6605. 10-27 kg - 1Å = 10-8cm = 10-10 m - Khối lượng nguyên tử tương đối và khối lượng nguyên tử tuyệt đối : + Khối lượng tuyệt đối (m) của nguyên tử là khối lượng thực của nguyên tử (rất nhỏ) + Khối lượng tương đối của nguyên tử (M) là khối lượng nguyên tử tính theo đơn vị Cacbon (đvC) hay còn gọi là khối lượng mol. Quy ước 1đvC = 1u = 1/12 khối lượng tuyệt đối của 12C = 1,66 . 10-24 g + Mối quan hệ giữa khối lượng tương đối và khối lượng tuyệt đối : m = 1,66.10-24M (gam) hoặc m = M/(6,023.1023) (gam) - Nguyên tử có dạng hình cầu có thể tích V = 4/3πr3 (r là bán kính nguyên tử). - Khối lượng riêng của nguyên tử d = m/V . - 1 mol nguyên tử chứa N = 6,02.1023 nguyên tử Quảng cáo Câu 1: Ví dụ 1. Cho nguyên tử kali có 19 proton, 20 nơtron và 19 electron. a. Tính khối lượng tuyệt đối của một nguyên tử kali b. Tính số nguyên tử kali có trong 0,975 gam kali Hướng dẫn: a) Khối lượng 19p: 1,6726. 10-27 .19 = 31,7794. 10-27 (kg) Khối lượng 19e: 9,1094. 10-31 .19 = 137,0786. 10-31 (kg) = 0,0173. 10-27 (kg) Khối lượng 20n: 1,6748. 10-27 .20 = 33,486. 10-27 (kg) Khối lượng nguyên tử tuyệt đối của một nguyên tử K là: 31,7794. 10-27 + 0,0173. 10-27 + 33,486. 10-27 = 65,2927. 10-27 (kg) b) Số mol K: nK = 0,025.6,02. 1023 = 0,15. 1023 nguyên tử. Ví dụ 2. Khối lượng riêng của canxi kim loại là 1,55 g/cm3. Giả thiết rằng, trong tinh thể canxi các nguyên tử là những hình cầu chiếm 74% thể tích tinh thể, phần còn lại là khe rỗng. Xác định bán kính nguyên tử canxi. Cho nguyên tử khối của Ca là 40. Hướng dẫn: Câu 1. Nguyên tử khối của neon là 20,179. Hãy tính khối lượng của mỗi nguyên tử neon theo kg.
Khối lượng của một nguyên tử neon theo kg: m = 20,179.1,6605.10-27 kg ≈ 33,507.10-27 kg
Quảng cáo Câu 2. Bán kính nguyên tử và khối lượng mol nguyên tử Fe lần lượt là 1,28Å và 56g/mol. Tính khối lượng riêng của Fe. Biết rằng trong tinh thể, các tính thể Fe chiếm 74% thể tích còn lại là phần rỗng.
Từ công thức M (g/mol) = khối lượng tuyệt đối × N ⇒ Khối lượng của một nguyên tử Fe: mFe = 56/(6,02.1023 ) (gam) Mặt khác, thể tích của một nguyên tử Fe: V = 4/3π.(1,28.10-8 )3 ⇒ d = m/V = 10,59 (g/cm3 ) Vì sắt chỉ chiếm 74% thể tích trong tinh thể, nên khối lượng riêng đúng của sắt : d'=10,59.74/100 ≈ 7,84 (g/cm3 )
Câu 3. Nguyên tử kẽm (Zn) có nguyên tử khối bằng 65u. Thực tế hầu như toàn bộ khối lượng nguyên tử tập trung ở hạt nhân, với bán kính r = 2.10-15m. Khối lượng riêng của hạt nhân nguyên tử kẽm là bao nhiêu tấn trên một centimet khối (tấn/cm3)?
r = 2.10-15m = 2.10-13cm. V = 4/3 πr3 = 4/3(3,14.(2.10-13)3) = 33,49.10-39 cm3. Ta có 1u = 1,66.10-27 kg = 1,66.10-30 tấn. Khối lượng riêng hạt nhân = (65.1,66.10-30)/(33,49.10-39) = 3,32.109 tấn/cm3 .
Câu 4. Nguyên tử Fe ở 20oC có khối lượng riêng là 7,87g/cm3 , với giả thiết này tinh thể nguyên tử Fe là những hình cầu chiếm 75% thẻ tích tinh thể, phân còn lại là những khe rỗng giữa các quả cầu. Cho khối lượng nguyên tử của Fe là 55,847. Tính bán kính nguyên tử gần đúng của Fe.
Ta có thể tích một mol của nguyên tử Fe: V = 55,847/7,87 = 7,096 (cm3 ) Vậy thể tích của nguyên tử Fe là:  Mà ta có: Vnguyên tử Fe = 4/3 πR3 ⇒ Bán kính nguyên tử gần đúng của Fe:
Câu 5. Theo định nghĩa, số Avogađro là một số bằng số nguyên tử đồng vị 12C có trong 12 gam đồng vị 12C. Số Avogađro được kí hiệu là N, N có giá trị là 6,023.1023. Khối lượng của một nguyên tử 12C là bao nhiêu gam ?
Khối lượng của một nguyên tử cacbon 12, mC = 12/(6,023.1023) = 1,9924.10-23 gam |
