计算原子质量分为相对原子质量和完全原子质量两类技巧,具体如下:
一、相对原子质量计算
相对原子质量(符号为Ar)是原子的相对质量,以碳-12同位素质量的1/12为基准(约为1.6605×10?2? kg)。
计算公式:
\[ \text相对原子质量} = \frac\text原子实际质量}}\text碳-12原子质量} \times \frac1}12}} \]
实际应用中的简化技巧:
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质量数近似法:
相对原子质量 ≈ 质子数 + 中子数(即质量数A)。- 例如,氧原子(质子数8,中子数8)的相对原子质量约为16。
- 但此技巧为近似值,实际值可能因同位素存在偏差(如氯的相对原子质量为35.45,而非整数的35或37)。
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同位素丰度加权法:
若元素存在多种同位素(如氢的氕、氘、氚),需按各同位素的天然丰度加权求和:
\[ \textAr} = \sum (\text同位素相对原子质量} \times \text丰度百分比}) \]- 例如,氢的相对原子质量 = 1.0078×99.9885% + 2.0141×0.0115% ≈ 1.008。
二、完全原子质量计算
完全原子质量是单个原子的实际质量(单位:kg或g),需通过相对原子质量转换:
计算公式:
\[ \text完全原子质量} = \frac\text相对原子质量}}\text阿伏伽德罗常数}} \]
其中,阿伏伽德罗常数 \( N_A ≈ 6.022 \times 10^23} \, \textmol}^-1} \) 。
实例:
- 氢原子完全质量 ≈ \( \frac1.008}6.022 \times 10^23}} ≈ 1.674 \times 10^-24} \, \textg} \) 。
- 氧原子完全质量 ≈ \( \frac15.999}6.022 \times 10^23}} ≈ 2.657 \times 10^-23} \, \textg} \) 。
三、分子质量的计算
若需计算分子或离子的质量,可将各原子的相对原子质量相加:
示例(水分子H?O):
- 氢原子质量:\( 2 \times 1.008 = 2.016 \)
- 氧原子质量:\( 15.999 \)
- 总相对分子质量 ≈ \( 2.016 + 15.999 = 18.015 \, \textu} \) 。
转换为完全质量:
\[ \frac18.015}6.022 \times 10^23}} ≈ 2.992 \times 10^-23} \, \textg} \]
四、注意事项
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质量数与相对原子质量的区别:
- 质量数(A)= 质子数 + 中子数,为整数;
- 相对原子质量(Ar)含小数,受同位素丰度影响。
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元素周期表的应用:
周期表中元素的相对原子质量已综合同位素数据,可直接查表获取(如碳为12.01,氯为35.45)。 -
实际计算工具:
化学软件(如ChemDraw)或数据库(如NCBI)可自动计算分子量和同位素分布,适合复杂分子分析。
原子质量的计算需根据需求选择相对或完全技巧,结合元素周期表数据与同位素丰度修正,可准确获得结局。对于精确实验,推荐使用加权法或专业工具辅助计算。