KHỐI LƯỢNG NGUYÊN TỬ: NÓ THAY ĐỔI NHƯ THẾ NÀO TRONG BẢNG TUẦN HOÀN VÀ CÁC VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026

Thể tích nguyên tử là một giá trị tương đối biểu thị mối quan hệ giữa khối lượng mol nguyên tố và khối lượng riêng của nó. Vì vậy, thể tích này phụ thuộc vào mật độ của nguyên tố, và mật độ lần lượt phụ thuộc vào pha và cách các nguyên tử được sắp xếp bên trong nó.

Vì vậy, thể tích nguyên tử của một nguyên tố Z không giống nhau trong một pha khác với pha mà nó thể hiện ở nhiệt độ phòng (lỏng, rắn hoặc khí), hoặc khi nó là một phần của các hợp chất nhất định. Như vậy, nguyên tử khối của Z trong hợp chất ZA khác với khối lượng nguyên tử của Z trong hợp chất ZB.

Tại sao? Để hiểu nó, cần phải so sánh các nguyên tử với, ví dụ, các viên bi. Các viên bi, giống như viên bi màu xanh lam trong hình trên, có ranh giới vật chất rất rõ ràng, có thể nhìn thấy được nhờ bề mặt sáng bóng của chúng. Ngược lại, ranh giới của các nguyên tử là khuếch tán, mặc dù chúng có thể được coi là hình cầu từ xa.

Do đó, điều xác định một điểm nằm ngoài ranh giới nguyên tử là xác suất tìm thấy electron bằng 0, và điểm này có thể xa hơn hoặc gần hạt nhân hơn tùy thuộc vào bao nhiêu nguyên tử lân cận tương tác xung quanh nguyên tử đang xét.

Khối lượng và bán kính nguyên tử

A hai nguyên tử tương tác phân tử H H làm _hai , vị trí của các tâm của chúng được xác định là khoảng cách giữa chúng (khoảng cách giữa các hạt nhân). Nếu cả hai nguyên tử đều là hình cầu thì bán kính là khoảng cách giữa hạt nhân và ranh giới mờ:

Trong hình trên, bạn có thể thấy xác suất tìm thấy một electron giảm như thế nào khi nó di chuyển ra khỏi hạt nhân. Sau đó chia khoảng cách giữa các hạt nhân cho hai thì thu được bán kính nguyên tử. Tiếp theo, giả sử có dạng hình cầu cho các nguyên tử, công thức được sử dụng để tính thể tích của một hình cầu:

V = (4/3) (Pi) r ³

Trong biểu thức này, r là bán kính nguyên tử được xác định cho phân tử H ₂ . Giá trị của V được tính theo phương pháp không chính xác này có thể thay đổi nếu ví dụ, H ₂ được coi là ở trạng thái lỏng hoặc kim loại. Tuy nhiên, phương pháp này rất không chính xác vì hình dạng của các nguyên tử rất xa so với hình cầu lý tưởng trong tương tác của chúng.

Để xác định thể tích nguyên tử trong chất rắn, nhiều biến số liên quan đến sự sắp xếp được tính đến và thu được từ các nghiên cứu nhiễu xạ tia X.

Công thức bổ sung

Khối lượng mol biểu thị lượng vật chất có một mol nguyên tử của một nguyên tố hóa học.

Đơn vị của nó là g / mol. Mặt khác, khối lượng riêng là thể tích mà a gam nguyên tố chiếm: g / mL. Vì đơn vị của thể tích nguyên tử là mL / mol, chúng ta phải chơi với các biến số để đạt được đơn vị mong muốn:

(g / mol) (mL / g) = mL / mol

Hoặc những gì giống nhau:

(Khối lượng mol) (1 / D) = V

(Khối lượng mol / D) = V

Do đó, có thể dễ dàng tính được thể tích của một mol nguyên tử của một nguyên tố; trong khi công thức thể tích hình cầu tính thể tích của từng nguyên tử. Để đạt được giá trị này từ giá trị đầu tiên, cần chuyển đổi thông qua số Avogadro (6,02 · 10 ^-23 ).

Khối lượng nguyên tử thay đổi như thế nào trong bảng tuần hoàn?

Nếu các nguyên tử được coi là hình cầu, thì sự biến đổi của chúng sẽ giống như sự thay đổi được quan sát trong bán kính nguyên tử. Trong hình trên, cho thấy các nguyên tố đại diện, nó được minh họa rằng từ phải sang trái các nguyên tử nhỏ dần; thay vào đó, từ trên xuống dưới chúng trở nên đồ sộ hơn.

Điều này là do trong cùng một khoảng thời gian, hạt nhân kết hợp các proton khi nó di chuyển sang phải. Các proton này tác dụng một lực hấp dẫn lên các electron bên ngoài, cảm thấy điện tích hạt nhân hiệu dụng Z _ef , nhỏ hơn điện tích hạt nhân thực Z.

Các electron của lớp vỏ bên trong đẩy lùi electron của lớp vỏ bên ngoài, làm giảm tác dụng của hạt nhân đối với chúng; đây được gọi là hiệu ứng màn hình. Trong cùng một khoảng thời gian, hiệu ứng màn hình không thể chống lại sự gia tăng số lượng proton, vì vậy các electron ở lớp vỏ bên trong không ngăn cản các nguyên tử co lại.

Tuy nhiên, giảm dần thành một nhóm sẽ tạo ra các mức năng lượng mới, cho phép các electron quay quanh hạt nhân xa hơn. Tương tự như vậy, số lượng các electron ở lớp vỏ bên trong tăng lên, hiệu ứng che chắn của chúng bắt đầu giảm đi nếu hạt nhân lại thêm proton.

Vì những lý do này, người ta đánh giá cao rằng nhóm 1A có nhiều nguyên tử bốc nhất, không giống như các nguyên tử nhỏ của nhóm 8A (hoặc 18), của các nguyên tử khí quý.

Khối lượng nguyên tử của kim loại chuyển tiếp

Các nguyên tử kim loại chuyển tiếp kết hợp các electron vào các obitan d bên trong. Sự gia tăng này trong hiệu ứng màn hình và cũng như trong điện tích hạt nhân thực Z, triệt tiêu gần như bằng nhau, do đó các nguyên tử của chúng giữ nguyên kích thước tương tự trong cùng một khoảng thời gian.

Nói cách khác: trong một thời kỳ, các kim loại chuyển tiếp có thể tích nguyên tử như nhau. Tuy nhiên, những khác biệt nhỏ này có ý nghĩa rất lớn khi xác định các tinh thể kim loại (như thể chúng là những viên bi kim loại).

Ví dụ

Hai công thức toán học có sẵn để tính khối lượng nguyên tử của một nguyên tố, mỗi công thức có các ví dụ tương ứng.

ví dụ 1

Cho bán kính nguyên tử của hydro -37 pm (1 picometer = 10 ^-12 m) - và cesium -265 pm-, hãy tính thể tích nguyên tử của chúng.

Sử dụng công thức thể tích hình cầu, ta có:

V _H = (4/3) (3,14) (37 giờ chiều) ³ = 212,07 giờ chiều ³

V _Cs = (4/3) (3,14) (265 chiều) ³ = 77912297,67 chiều ³

Tuy nhiên, những thể tích này được biểu thị bằng picometers có giá cắt cổ, vì vậy chúng được chuyển thành đơn vị angstrom, nhân chúng với hệ số chuyển đổi (1Å / 100pm) ³ :

(212,07 giờ chiều ³ ) (1Å / 100 giờ chiều ) ³ = 2.1207 × 10 ^-4 Å ³

(77912297,67 chiều ³ ) (1Å / 100pm) ³ = 77,912 Å ³

Do đó, sự khác biệt về kích thước giữa nguyên tử H nhỏ và nguyên tử Cs cồng kềnh được chứng minh bằng số. Cần lưu ý rằng những tính toán này chỉ là những phép tính gần đúng theo tuyên bố rằng một nguyên tử hoàn toàn là hình cầu, lơ lửng trước thực tế.

Ví dụ 2

Khối lượng riêng của vàng nguyên chất là 19,32 g / mL và khối lượng mol của nó là 196,97 g / mol. Áp dụng công thức M / D để tính thể tích một mol nguyên tử vàng, ta thu được kết quả sau:

V _Au = (196,97 g / mol) / (19,32 g / mL) = 10,19 mL / mol

Tức là, 1 mol nguyên tử vàng chiếm 10,19 mL, nhưng thể tích cụ thể của một nguyên tử vàng là bao nhiêu? Và làm thế nào để diễn đạt nó theo đơn vị chiều ³ ? Đối với điều này, chỉ cần áp dụng các yếu tố chuyển đổi sau:

(10,19 mL / mol) · (mol / 6,02 · 10 ^-23 nguyên tử) · (1 m / 100 cm) ³ · (1 giờ chiều / 10 ^-12 m) ³ = 16,92 · 10 ⁶ giờ chiều ³

Mặt khác, bán kính nguyên tử của vàng là 166 pm. Nếu so sánh cả hai khối lượng - khối lượng thu được bằng phương pháp trước đó và khối lượng được tính bằng công thức thể tích hình cầu - sẽ thấy rằng chúng không có cùng giá trị:

V _Au = (4/3) (3,14) (166 giờ chiều) ³ = 19,15 · 10 ⁶ giờ chiều ³

Giá trị nào trong hai giá trị gần nhất với giá trị được chấp nhận? Cái gần nhất với kết quả thí nghiệm thu được bằng nhiễu xạ tia X của cấu trúc tinh thể vàng.

Người giới thiệu

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 9 tháng 12 năm 2017). Định nghĩa Khối lượng Nguyên tử. Được truy cập vào ngày 6 tháng 6 năm 2018, từ: thinkco.com
2. Mayfair, Andrew. (Ngày 13 tháng 3 năm 2018). Làm thế nào để tính toán khối lượng của một nguyên tử. Đấu kiếm. Được truy cập vào ngày 6 tháng 6 năm 2018, từ: sciining.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Đường cong thể tích nguyên tử Lothar Meyer. Được lấy vào ngày 6 tháng 6 năm 2018, từ: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Xu hướng tuần hoàn: Bán kính nguyên tử. Được truy cập vào ngày 6 tháng 6 năm 2018, từ: Course.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Khối lượng và mật độ nguyên tử. Được truy cập vào ngày 6 tháng 6 năm 2018, từ: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Hóa học. (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Learning, tr 222-224.
7. Cơ sở CK-12. (Ngày 22 tháng 2 năm 2010). Kích thước nguyên tử so sánh. . Truy cập ngày 06 tháng 6 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org
8. Cơ sở CK-12. (Ngày 22 tháng 2 năm 2010). Bán kính nguyên tử của H ₂ . . Truy cập ngày 06 tháng 6 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org