جرم اتمی atomic mass

جرم اتمی atomic mass

جرم اتمی
atomic mass

شیمی - مقالات

به كمك طیف‌سنج جرمی mass spectroscopy، جرم مطلق اتم‌ها بدست می‌آید. سپس برای هر اتم که دارای چندین ایزوتوپ است، جرم اتمی میانگین محاسبه شده به عنوان جرم اتم گزارش می شود.

http://www.daneshema.com/upload/mayo...zation_esi.PNG

این دستگاه اولین بار برای بررسی ایزوتوپ‌ها از مورد استفاده قرار گرفت. دستگاه‌هایی از این نوع توسط استون و دمپستر با پیروی از اصول روش‌هایی كه تامسون ارائه كرده بود ساخته شد. اگر عنصری شامل چند نوع اتم با جرم‌های متفاوت ( ایزوتوپ‌ها ) باشد ، این تفاوت در مقادیر e / m یا q/m یون‌های مثبت حاصل از این اتم‌ها پدیدار می‌گردد . طیف نگار جرمی یون‌ها را بر حسب مقادیر نسبت بار به جرم ، از یكدیگر جدا می‌كند ، و سبب می‌شود كه یون‌های مثبت متفاوت در محل‌های مختلف روی یك صفحه عكاسی اثر كنند . وقتی دستگاه كار می‌كند ، اتم‌های بخار ماده مورد مطالعه در معرض بمباران الكترونی قرار گرفته و به یون‌های مثبت تبدیل می‌شوند . این یون‌ها بر اثر عبور از یك میدان الكتریكی ، به قدرت چندین هزار ولت ، شتاب پیدا می‌كنند . اگر ولتاژ این میدان ثابت نگهداشته شود ، تمام یون‌هایی كه مقدار e / m مساوی دارند با سرعت مساوی وارد یك میدان مغناطیسی می‌شوند . این سرعت شعاع مسیر یون را در میدان مغناطیسی تعیین می‌كند . اگر شدت میدان مغناطیسی و ولتاژ شتاب دهنده ثابت نگهداشته شوند ، تمام یون‌هایی كه مقدار e / m مساوی دارند ، در یك محل بر روی صفحه عكاسی متمركز می‌شوند ولی یون‌هایی كه مقدار e / m متفاوت دارند در محلهای مختلف روی صفحه عكاسی متمركز می‌شوند . هرگاه یك وسیله الكتریكی كه شدت اشعه یونی را اندازه می‌گیرد ، جای‌گزین صفحه عكاسی شود ، دستگاه را طیف سنج جرمی می‌نامیم . با استفاده از طیف سنج جرمی می‌توان هم جرم اتمی دقیق ایزوتوپ‌ها و هم تركیب ایزوتوپی عناصر ( انواع ایزوتوپ‌های موجود و مقدار نسبی هر یك ) را تعیین كرد . درواقع طرز كار طیف سنج جرمی، مانند لامپ اشعه‌ كاتدی است كه تامسون از آن بهره گرفت و نسبت بار به جرم الكترون را به دست آورد.
پس وقتی كه یك یون با بار الكتریكی معلوم e و جرم m با سرعت v وارد یك میدان مغناطیسی می‌شود ، از مسیر مستقیم خود منحرف می‌شود و مسیرش هلال یا دایره‌ای می‌شود كه شعاع آن r می‌باشد. مقدار r از رابطه زیر بدست می‌آید: (1) r=mv/He كه در آن H شدت میدان مغناطیسی است.همانطور كه از رابطه بالا مشخص است هر چه شدت میدان و بار الكتریكی ذره بیشتر باشد r كوچكتر می‌شود. كوچكتر شدن r به معنای بیشتر شدن انحراف از مسیر مستقیم است. از طرف دیگر چون r با m , v رابطه مستقیم دارد پس هر چه سرعت و جرم ذره بیشتر باشد انحراف ذره كمتر می‌شود. اگر رابطه فوق را كمی جابجا كنیم رابطه زیر بدست می‌آید: (2) e/mv=1/Hr می‌توان مقدار r را برای انحراف اشعه كاتدی در یك میدان مغناطیسی با شدت معین معلوم كرد و از آنجا توانست مقدار e/mv را بدست آورد. اما برای بدست آوردن e/m باید مقدار v را نیز معین كرد. یكی از روشهایی كه تامسون برای پیدا كردن مقدار v به كار برد مطالعه‌ی اشعه‌ی كاتدی در لامپی بود كه در امتداد آن میدانهای الكتریكی و مغناطیسی همزمان و عمود بر هم برقرار شده بود. طبق روابط فیزیك وریاضی سرعت الكترون از رابطه زیر بدست می‌آید: V=E/H (3) كه در آن E شدت میدان الكتریكی و H شدت میدان مغناطیسی است.با قرار دادن رابطه (3) در فرمول (2) رابطه زیر بدست آورد: e/m=E/(H**2)r . با معلوم بودن بار الكتریكی و دانستن سایر پارامترهای مربوط به آزمایش می‌توان جرم یونها در طیف‌سنج جرمی را بدست آورد.

واحد برای بیان جرم اتمی:
همانطور كه مي دانيد هرگز نمي توان يك اتم را جدا كرده، آن را در ترازو گذاشت و جرم آن را اندازه گرفت. زيرا واحد گرم يا ميلي گرم (كه ترازو آن را نشان مي دهد) براي بيان جرم اتم بسيار بسيار بزرگ است.
درواقع هميشه بايد واحد اندازه گيري و كميت مورد اندازه گيري با هم سنخيت داشته باشند، به عنوان مثال فاصله ي شيراز مشهد را نمي توان با سانتي متر يا متر اندازه گيري نمود، بلكه اين فاصله به دليل بزرگي با كيلومتر سنجش مي شود.
حال جرم يك اتم هم نمي تواند با گرم اندازه گيري شود، زيرا جرم يك اتم در حدود 00000000000000000000001/0 گرم است.

پس بايد دنبال يك واحد بگرديم كه جرم اتم را با ان واحد اندازه گرفته و بيان كنيم.
دانشمندان در اين مورد خيلي فكر كردند تا اينه نتيجه گرفتند كه يك اتم را به عنوان واحد انتخاب كنند و بقيه اتمها را نسبت به آن بسنجند. به عنوان مثال در ابتدا اتم ئيدروزن را به عنوان واحد در نظر گرفتند و مثلا" مي گفتند جرم بور ده برابر جرم ئيدروژن مي باشد.

اما بعدها اين واحد به اتم اكسيژن تغيير نمود و در نهايت شيمي دانها براي بيان جرم عنصرها بدين صورت عمل كردند كه فراوان ترين ايزوتوپ كربن يعني كربن 12 را بعنوان استاندارد انتخاب كردند و جرم عنصرهاي ديگر را با استفاده از نسبتهايي كه در محاسبات آزمايشگاهي بدست آمده بود، بيان كردند.
به عنوان مثال با استفاده از نسبتهايي كه در محاسبات آزمايشگاهي بدست آمده، مشخص شده است كه جرم اتم اكسيژن چهار سوم برابر جرم اتم كربن است. با توجه به اينكه جرم اتم كربن 12 مي باشد جرم اتم اكسيژن را محاسبه كرد. در اين مقياس جرم اتم اكسيژن برابر 16 خواهد شد.
واحد جرم اتمي amu است كه كوتاه شده عبارت atomic mass unit است. در اين مقياس جرم پروتون و نوترون 1 amu است.
و برای اینکه در آزمایشگاه بتوانجرم اتمی مواد را اندازه گیری نمود، از عدد آووگادرو استفاده می کنند و به تعداد عدد آووگادرو تا اتم ، amu تبدیل به گرم می شود. یعنی یک اتم ئیدروژن 1amu است و
23^10*02/6 یا یک مول ئیدروژن، 1 گرم است.