Khối lượng nguyên tử trung bình là gì?
Khối lượng nguyên tử trung bình (hay còn gọi là nguyên tử khối) của một nguyên tố là giá trị trung bình có trọng số của khối lượng tất cả các đồng vị tồn tại trong tự nhiên. Vì các đồng vị của cùng một nguyên tố có số neutron khác nhau nên khối lượng của chúng cũng khác nhau. Con số ghi trong bảng tuần hoàn chính là kết quả tính theo tỉ lệ phần trăm mỗi đồng vị có mặt trong tự nhiên, được nhân với độ phổ biến tương đối của từng loại.
Cách sử dụng công cụ này
Bạn hãy nhập khối lượng (theo đơn vị khối lượng nguyên tử, amu) và phần trăm độ phổ biến trong tự nhiên của từng đồng vị của nguyên tố. Công cụ cho phép nhập tối đa ba đồng vị; những dòng không dùng đến thì để trống. Tổng các độ phổ biến nên xấp xỉ 100%. Sau đó bấm nút tính để nhận ngay khối lượng nguyên tử trung bình của nguyên tố.
Giải thích công thức
Khối lượng nguyên tử trung bình được tính theo công thức:
$$\text{Khối lượng nguyên tử trung bình} = \sum (\text{Khối lượng đồng vị} \times \text{Độ phổ biến dạng phân số})$$
Trong đó, độ phổ biến dạng phân số chính là phần trăm độ phổ biến chia cho 100. Như vậy, với mỗi đồng vị bạn nhân khối lượng của nó với độ phổ biến ở dạng thập phân, rồi cộng tất cả các tích lại. Kết quả là một giá trị trung bình có trọng số, đại diện cho nguyên tố như nó vốn tồn tại trong tự nhiên.
Ví dụ minh họa: Nguyên tố Clo
Clo có hai đồng vị bền. Đồng vị clo-35 có khối lượng 34,96885 amu với độ phổ biến 75,77%, còn đồng vị clo-37 có khối lượng 36,96590 amu với độ phổ biến 24,23%.
$$(34{,}96885 \times 0{,}7577) + (36{,}96590 \times 0{,}2423) = 26{,}4959 + 8{,}9568 = 35{,}4527 \text{ amu}.$$
Kết quả này khớp với giá trị khoảng 35,45 amu của clo ghi trong bảng tuần hoàn.
Khối lượng đồng vị và độ phong phú tự nhiên của các nguyên tố thông dụng
Các giá trị dưới đây là khối lượng đồng vị tiêu chuẩn (tính bằng đơn vị khối lượng nguyên tử thống nhất, u) và độ phong phú phần trăm tự nhiên tiêu biểu được công bố bởi IUPAC/CIAAW. Độ phong phú thay đổi nhẹ giữa các mẫu trên bề mặt trái đất, do đó các con số được hiển thị là các giá trị tiêu biểu được sử dụng rộng rãi. Các đồng vị ổn định của mỗi nguyên tố được liệt kê; độ phong phú của các đồng vị của một nguyên tố cộng lại bằng 100%.
| Nguyên tố | Đồng vị | Khối lượng đồng vị (u) | Độ phong phú (%) |
|---|---|---|---|
| Hydro | ¹H | 1.007825 | 99.9885 |
| ²H (D) | 2.014102 | 0.0115 | |
| Boron | ¹⁰B | 10.012937 | 19.9 |
| ¹¹B | 11.009305 | 80.1 | |
| Carbon | ¹²C | 12.000000 | 98.93 |
| ¹³C | 13.003355 | 1.07 | |
| Magiê | ²⁴Mg | 23.985042 | 78.99 |
| ²⁵Mg | 24.985837 | 10.00 | |
| ²⁶Mg | 25.982593 | 11.01 | |
| Silicon | ²⁸Si | 27.976927 | 92.23 |
| ²⁹Si | 28.976495 | 4.68 | |
| ³⁰Si | 29.973770 | 3.09 | |
| Clo | ³⁵Cl | 34.968853 | 75.76 |
| ³⁷Cl | 36.965903 | 24.24 | |
| Đồng | ⁶³Cu | 62.929598 | 69.15 |
| ⁶⁵Cu | 64.927790 | 30.85 | |
| Brôm | ⁷⁹Br | 78.918338 | 50.69 |
| ⁸¹Br | 80.916290 | 49.31 |
Các thuật ngữ và định nghĩa chính
- Đồng vị
- Các nguyên tử của cùng một nguyên tố (cùng số proton) khác nhau ở số neutron, và do đó khác nhau ở khối lượng. Ví dụ, ³⁵Cl và ³⁷Cl đều là clo.
- Số khối (A)
- Tổng số proton cộng với neutron trong hạt nhân, được viết dưới dạng chỉ số trên trong ký hiệu nuclide (ví dụ 12 trong ¹²C). Đây là một số nguyên và xác định đồng vị.
- Đơn vị khối lượng nguyên tử (amu, u, hoặc Dalton)
- Đơn vị tiêu chuẩn cho khối lượng tính theo thang nguyên tử, được định nghĩa là chính xác 1/12 khối lượng của một nguyên tử ¹²C trung lập. 1 u ≈ 1.66054 × 10⁻²⁴ g. Các ký hiệu amu, u và Da (Dalton) đều đề cập đến cùng một đơn vị.
- Khối lượng đồng vị
- Khối lượng được đo thực tế của một đồng vị đơn được biểu thị bằng u. Nó gần bằng nhưng không chính xác bằng số khối vì năng lượng liên kết hạt nhân và sự khác biệt khối lượng proton/neutron (ví dụ ¹¹B có khối lượng đồng vị là 11.0093 u).
- Độ phong phú phần trăm
- Phần của các nguyên tử của một nguyên tố là một đồng vị nhất định, được biểu thị dưới dạng phần trăm (0–100%). Độ phong phú của tất cả các đồng vị của một nguyên tố cộng lại bằng 100%.
- Độ phong phú phân số
- Cùng một đại lượng được viết dưới dạng phân số thập phân (0–1) thay vì phần trăm — đơn giản là độ phong phú phần trăm chia cho 100. Sử dụng độ phong phú phân số cho phép bạn lấy tổng có trọng số trực tiếp mà không cần chia cho 100.
- Khối lượng nguyên tử trung bình (trọng lượng nguyên tử)
- Trung bình có trọng số theo độ phong phú của khối lượng đồng vị của một nguyên tố, tính bằng u. Đây là giá trị được in trên bảng tuần hoàn và được sử dụng làm khối lượng mol (g/mol) trong các phép tính mol. Nó được tính toán là \(\bar{M} = \sum (\text{khối lượng đồng vị} \times \text{độ phong phú phân số})\).
Câu hỏi thường gặp
Vì sao kết quả không phải là số nguyên? Vì đây là giá trị trung bình có trọng số của các đồng vị với độ phổ biến khác nhau, nên kết quả hiếm khi là một số nguyên tròn trịa.
Tổng các độ phổ biến có bắt buộc bằng 100% không? Có — độ phổ biến trong tự nhiên của tất cả đồng vị của một nguyên tố phải cộng lại bằng 100%. Sai lệch nhỏ do làm tròn là chấp nhận được.
Kết quả dùng đơn vị gì? Đơn vị khối lượng nguyên tử (amu), còn được viết là u hoặc Dalton.
