Contenu
- Que sont les atomes?
- Isotopes et nombre de masse
- Formule de masse moyenne
- Moyenne pondérée et isotopes
- Masse atomique moyenne: exemple
L'une des tâches courantes que vous devrez accomplir en tant que scientifique en herbe, capable de travailler avec des données, consiste à comprendre le concept de moyenne. Vous rencontrerez souvent un échantillon d'objets similaires qui diffèrent en fonction d'une caractéristique que vous étudiez, telle que la masse.
Vous devrez peut-être même calculer la masse moyenne d'un groupe d'objets que vous ne pouvez pas peser directement, tels que des atomes.
La plupart des 92 atomes présents dans la nature se présentent sous deux formes légèrement différentes, appelées isotopes. Les isotopes d'un même élément ne diffèrent les uns des autres que par le nombre de neutrons contenus dans leurs noyaux.
Il peut être utile d’appliquer tous ces principes ensemble pour obtenir la masse moyenne d’une sélection d’atomes tirés d’un pool connu d’isotopes différents.
Que sont les atomes?
Les atomes sont la plus petite unité individuelle d'un élément constitué de toutes les propriétés de cet élément. Les atomes consistent en un noyau contenant des protons et des neutrons qui est orbité par des électrons presque sans masse.
Les protons et les neutrons pèsent à peu près les mêmes. Chaque proton contient une charge électrique positive de magnitude et de signe opposé à celui d'un électron (négatif), tandis que les neutrons ne portent aucune charge nette.
Les atomes sont caractérisés principalement par leur numéro atomique, qui est simplement le nombre de protons dans l'atome. Ajouter ou soustraire des électrons crée un atome chargé appelé un ion, tandis que changer le nombre de neutrons crée un isotope de l'atome, et donc de l'élément en question.
Isotopes et nombre de masse
Le nombre de masse d'un atome est le nombre de protons plus les neutrons dont il dispose. Le chrome (Cr), par exemple, a 24 protons (définissant ainsi l’élément comme chrome) et sous sa forme la plus stable - c’est-à-dire l’isotope qui apparaît le plus souvent dans la nature - il possède 28 neutrons. Son nombre de masse est donc 52.
Les isotopes d'un élément sont spécifiés par leur numéro de masse lorsqu'ils sont écrits. Ainsi, l'isotope du carbone à 6 protons et 6 neutrons est le carbone 12, alors que l'isotope le plus lourd avec un neutron supplémentaire est le carbone 13.
La plupart des éléments sont un mélange d'isotopes et l'un d'eux prédomine de manière significative en termes de "popularité". Par exemple, 99,76% de l'oxygène naturel est l'oxygène 16. Cependant, certains éléments, tels que le chlore et le cuivre, présentent une distribution plus large des isotopes.
Formule de masse moyenne
Une moyenne mathématique est simplement la somme de tous les résultats individuels d'un échantillon divisée par le nombre total d'éléments dans un échantillon. Par exemple, dans une classe de cinq élèves ayant obtenu des scores de quiz de 3, 4, 5, 2 et 5, la moyenne de la classe sur le quiz serait de (3 + 4 + 5 + 2 + 5) 5 = 3,8.
L'équation de masse moyenne peut être écrite de nombreuses manières et, dans certains cas, vous aurez besoin de connaître les caractéristiques liées à la moyenne, telles que l'écart type. Pour l'instant, concentrez-vous sur la définition de base.
Moyenne pondérée et isotopes
Connaître la fraction relative de chaque isotope d’un élément particulier qui se produit dans la nature vous permet de calculer la masse atomique de cet élément qui, parce qu’il s’agit d’une moyenne, n’est pas la masse d’un atome quelconque, mais un nombre situé entre les isotopes les plus lourds et les plus légers présents.
Si tous les isotopes étaient présents dans la même quantité, vous pouvez simplement additionner la masse de chaque type d’isotope et diviser par le nombre de types différents d’isotopes présents (généralement deux ou trois).
La masse atomique moyenne, exprimée en unités de masse atomique (amu), est toujours similaire au nombre de masse, mais ce n'est pas un nombre entier.
Masse atomique moyenne: exemple
Le chlore 35 a une masse atomique de 34,969 amu et représente 75,77% du chlore sur Terre.
Le chlore 37 a une masse atomique de 36,966 amu et un pourcentage d’abondance de 24,23%.
Pour calculer la masse atomique moyenne de chlore, utilisez les informations dans un tableau périodique de l'élément (voir Ressources) pour trouver la moyenne (pondérée) en changeant les pourcentages en décimales:
(34,969 × 0,7577) + (36,966 × 0,2423) = 35,45 amu