Obiettivo di apprendimento
- Calcolare la massa atomica media di un elemento dati i suoi isotopi e la loro abbondanza naturale
Punti chiave
- Un elemento può avere diversi numeri di neutroni nel suo nucleo, ma ha sempre lo stesso numero di protoni. Le versioni di un elemento con neutroni diversi hanno masse diverse e sono chiamate isotopi.
- La massa atomica media di un elemento è calcolata sommando le masse degli isotopi dell’elemento, ciascuna moltiplicata per la sua abbondanza naturale sulla Terra.
- Quando si fa qualsiasi calcolo di massa che coinvolge elementi o composti, si usa sempre la massa atomica media, che può essere trovata sulla tavola periodica.
Termini
- abbondanza naturaleL’abbondanza di un particolare isotopo che si trova naturalmente sul pianeta.
- massa atomica mediaLa massa calcolata sommando le masse degli isotopi di un elemento, ciascuna moltiplicata per la sua abbondanza naturale sulla Terra.
- numero di massaIl numero totale di protoni e neutroni in un nucleo atomico.
Il numero atomico di un elemento definisce l’identità dell’elemento e indica il numero di protoni nel nucleo di un atomo. Per esempio, l’elemento idrogeno (l’elemento più leggero) avrà sempre un protone nel suo nucleo. L’elemento elio avrà sempre due protoni nel suo nucleo.
Isotopi
Gli atomi dello stesso elemento possono, tuttavia, avere un numero diverso di neutroni nel loro nucleo. Per esempio, esistono atomi di elio stabili che contengono uno o due neutroni, ma entrambi gli atomi hanno due protoni. Questi diversi tipi di atomi di elio hanno masse diverse (3 o 4 unità di massa atomica) e sono chiamati isotopi. Per qualsiasi isotopo, la somma dei numeri di protoni e neutroni nel nucleo è chiamata numero di massa. Questo perché ogni protone e ogni neutrone pesano una unità di massa atomica (amu). Sommando il numero di protoni e neutroni e moltiplicando per 1 amu, si può calcolare la massa dell’atomo. Tutti gli elementi esistono come un insieme di isotopi. La parola “isotopo” deriva dal greco “isos” (che significa “stesso”) e “topes” (che significa “luogo”) perché gli elementi possono occupare lo stesso posto sulla tavola periodica pur essendo diversi nella costruzione subatomica.
Calcolo della massa atomica media
La massa atomica media di un elemento è la somma delle masse dei suoi isotopi, ciascuna moltiplicata per la sua abbondanza naturale (il decimale associato alla percentuale di atomi di quell’elemento che sono di un dato isotopo).
Massa atomica media = f1M1 + f2M2 + … + fnMn dove f è la frazione che rappresenta l’abbondanza naturale dell’isotopo e M è il numero di massa (peso) dell’isotopo. Quando sono disponibili dati riguardanti l’abbondanza naturale di vari isotopi di un elemento, è semplice calcolare la massa atomica media.
- Per l’elio, c’è circa un isotopo di elio-3 per ogni milione di isotopi di elio-4; quindi, la massa atomica media è molto vicina a 4 amu (4..002602 amu).
- Il cloro consiste di due isotopi principali, uno con 18 neutroni (75,77% degli atomi di cloro naturali) e uno con 20 neutroni (24,23% degli atomi di cloro naturali). Il numero atomico del cloro è 17 (ha 17 protoni nel suo nucleo).
Per calcolare la massa media, prima converti le percentuali in frazioni (dividile per 100). Poi, calcola i numeri di massa. L’isotopo del cloro con 18 neutroni ha un’abbondanza di 0,7577 e un numero di massa di 35 amu. Per calcolare la massa atomica media, moltiplica la frazione per il numero di massa di ogni isotopo, poi sommali.
Massa atomica media del cloro = (0,7577 \cdot 35 amu) + (0,2423 \cdot 37 amu) = 35,48 amu
Un altro esempio è calcolare la massa atomica del boro (B), che ha due isotopi: B-10 con il 19,9% di abbondanza naturale e B-11 con l’80,1% di abbondanza. Quindi,
Massa atomica media del boro = (0,199
cdot
10 amu) + (0,801
cdot
11 amu) = 10,80 amu
Quando facciamo calcoli di massa che coinvolgono elementi o composti (combinazioni di elementi), usiamo sempre masse atomiche medie.