دید کلی

اتمها ذرات بسیار کوچکی هستند که تک تک آنها را نمی‌توان وزن کرد. یک جنبه بسیار مهم از کار "دالتون" ، کوشش او برای تعیین جرمهای نسبی اتمها بود. دالتون سیستم سنجش خود را برمبنای اتم هیدروژن گذاشت و جرم همه اتمهای دیگر را با جرم اتم هیدروژن مقایسه کرد.

دالتون و تعیین جرم اتمی اکسیژن از آب

آب ، ماده مرکبی است که از لحاظ جرمی % 88.8 هیدروژن و % 11.2 اکسیژن دارد. دالتون بطور نادرست پذیرفته بود که آب از یک اتم اکسیژن با یک اتم هیدروژن ترکیب شده است. براین مبنا ، نسبت جرم یک اتم اکسیژن تنها به یک اتم هیروژن تنها ، 88.8 یعنی تقریبا 8 به 1 می‌شد. با تخصیص جرم اختیاری 1 به اتم هیدروژن ، جرم نسبی 8 برای اتم اکسیژن بدست می‌آید.

فرمولی را که دالتون برای آب بکار گرفته بود، نادرست بود. در واقع یک اتم اکسیژن با دو اتم هیدروژن ترکیب می‌شود. بنابراین جرم یک اتم اکسیژن تقریبا 8 برابر جرم دو اتم هیدروژن است. اگر به یک اتم هیدروژن جرم 1اختصاص داده شود، جرم دو اتم هیدروژن 2 خواهدشد و بر این مقیاس جرم نسبی یک اتم اکسیژن 8 برابر 2 یعنی 16 می‌شود.

وزن اتمی

گرچه دالتون در تعیین جرمهای نسبی اشتباه کرده بود، اما اعتبار معرفی این مفهوم و تشخیص اهمیت آن را باید از آن دالتون بدانیم. این مقادیر را وزنهای اتمی نامیده‌اند. این واژه از لحاظ معنی درست نیست، زیرا باید جرم ارجاع شود نه وزن ، اما بر اثر کاربرد طولانی مجاز شمره می‌شود.

واحد جرم اتمی

هر گونه مقیاس برای جرم اتمی نسبی باید بنابر مقداری اختیاری باشد که به یک اتم انتخابی استاندارد نسبت داده می‌شود. دالتون اتم هیدروژن را به‌عنوان اتم استاندارد انتخاب کرد و مقدار یک را به آن نسبت داد. در سالهای بعد شیمیدانان ، اکسیژن طبیعی را به عنوان استاندارد انتخاب کردند و وزن اتمی آن را دقیقا 16 در نظر گرفتند.

استانداردی که امروزه بکار می‌رود، اتم ₆¹²C است. واحد جرم اتمی ( که نماد SI آن U است) به عنوان یک دوازدهم جرم اتم ₆¹²C تعریف می‌شود. بنابراین با این مقیاس جرم اتم ₆¹²C دقیقا 12U است. اما جرم یک اتم را نمی‌توان با این مقادیر محاسبه کرد. به استثنای ₁¹H (که هسته آن تنها یک پروتون دارد) ، حاصل جمع جرمهای ذراتی که یک هسته را می‌سازند، همواره بیشتر از جرم واقعی هسته است.

انرژی اتصال هسته

"انیشتین" نشان داد که جرم و انرژی هم‌ارز هستند. این تفاوتهای جرمی ، برحسب انرژی ، آنچه را که انرژی اتصال هسته نامیده می‌شود، توجیه می‌کند. اگر جدا کردن اجزای هسته ممکن باشد، انرژی اتصال ، انرژی لازمه برای چنین کاری است. عکس این فرایند یعنی متمرکز شدن نوکلئونها در یک هسته ، موجب آزاد شدن انرژی اتصال می‌شود که همراه با کاهش جرم است.

تعیین جرمهای اتمی با استفاده از طیف‌سنج جرمی

جرمهای اتمی با استفاده از طیف سنج جرمی معین می‌شود. غالبا عناصر موجود در طبیعت مخلوطی از ایزوتوپها هستند. در این موارد ، با طیف سنج جرمی می‌توان مقدارنسبی هر ایزوتوپ موجود در عنصر و همچنین جرم اتمی هر ایزوتوپ را معین کرد. داده‌های آزمایشی در مورد کلر نشان می‌دهد که این عنصر مرکب از % 75.77 اتمهای ₁₇³⁵Cl ( باجرم 34.969 u) و % 24.23 اتمهای ₁₇³⁵Cl (با جرم 36.266 u ) است. هر نمونه از کلر که از یک منبع طبیعی بدست آمده باشد، شامل این دو ایزوتوپ با همین نسبت است.

جرم اتمی ایزوتوپهای طبیعی

وزن اتمی عنصر کلر میانگین جرمهای اتمی توزین شده ایزوتوپهای طبیعی این عنصر است. این میانگین را نمی‌توانیم با جمع کردن جرمهای ایزوتوپها و تقسیم کردن آن بر 2 بدست بیاوریم. مقداری که به این طریق به دست می‌آید، تنها در صورتی درست است که عنصر کلر شامل تعدادی مساوی از اتمهای دو ایزوتوپ باشد. برای بدست آوردن میانگین وزنی باید جرم اتمی هر ایزوتوپ را در کسر فراوانی آن ضرب کنیم و مقادیر حاصله را با هم جمع کنیم. کسر فراوانی معادل اعشاری در صد فراوانی است. مقدار پذیرفته شده برای کلر 35.453±0.001U است. هیچ اتم کلری ، جرم 35.453 u ندارد، اما فرض چنین اتمی آسانتر است.

درطبیعت چند نوع اتم کربن وجود دارد. اتم کربن 12 ، که به‌عنوان استاندارد برای وزنهای اتمی بکار گرفته می‌شود، فراوانترین نوع آن است. هر گاه درصدها و جرمهای همه انواع کربن را به‌حساب آوریم، جرم نسبی میانگین برای کربن موجود در طبیعت 12.011 می‌شود و این مقداری است که به‌عنوان وزن اتمی کربن ثبت می‌شود.

مباحث مرتبط با عنوان

• اتم
• اتم اولیه
• الکترون
• پروتون
• جدول تناوبی
• عدد اتمی
• نوترون