परमाणु द्रव्यमान: परिभाषा, प्रकार, इसकी गणना कैसे करें, उदाहरण - रसायन विज्ञान - 2025

परमाणु भार एक परमाणु में सामग्री की मात्रा है, जो साधारण भौतिक इकाइयों में या परमाणु भार की इकाइयों (उमा कहां) में व्यक्त किया जा सकता है। एक परमाणु लगभग सभी संरचना में खाली है; इलेक्ट्रॉनों जो क्षेत्रों में भिन्न होते हैं जिन्हें ऑर्बिटल्स कहा जाता है, जहां उन्हें और उनके नाभिक को खोजने की एक निश्चित संभावना है।

परमाणु के नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं; सकारात्मक चार्ज के साथ पूर्व, जबकि तटस्थ चार्ज के साथ उत्तरार्द्ध। इन दो उपपरमाण्विक कणों का इलेक्ट्रॉन की तुलना में द्रव्यमान बहुत अधिक है; इसलिए, एक परमाणु का द्रव्यमान उसके नाभिक द्वारा शासित होता है और न निर्वात द्वारा और न ही इलेक्ट्रॉनों द्वारा।

मुख्य उपपरमाण्विक कण और नाभिक का द्रव्यमान। स्रोत: गेब्रियल बोलिवर

एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान लगभग 9.1 · 10 ^-31 किलोग्राम है, जबकि प्रोटॉन 1.67 · 10 ^-27 किलोग्राम, द्रव्यमान अनुपात 1,800 है; यह एक प्रोटॉन "इलेक्ट्रान से 1,800 गुना अधिक" होता है। इसी तरह न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के साथ भी ऐसा ही होता है। यही कारण है कि सामान्य उद्देश्यों के लिए इलेक्ट्रॉन के बड़े पैमाने पर योगदान को नगण्य माना जाता है।

इस वजह से, यह आमतौर पर माना जाता है कि परमाणु का द्रव्यमान या परमाणु द्रव्यमान केवल नाभिक के द्रव्यमान पर निर्भर करता है; बदले में, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन के मामले के योग होते हैं। इस तर्क से दो अवधारणाएँ निकलती हैं: द्रव्यमान संख्या और परमाणु द्रव्यमान, दोनों निकटता से संबंधित।

परमाणुओं में इतने "शून्य" के साथ, और चूंकि उनका द्रव्यमान लगभग पूरी तरह से नाभिक का एक कार्य है, इसलिए यह उम्मीद की जानी चाहिए कि उत्तरार्द्ध असाधारण रूप से घने है।

यदि हम किसी भी वस्तु या वस्तु से शून्य को हटाते हैं, तो इसके आयाम काफी हद तक सिकुड़ जाएंगे। इसके अलावा, अगर हम परमाणु नाभिक (इलेक्ट्रॉनों के बिना) के आधार पर एक छोटी सी वस्तु का निर्माण कर सकते हैं, तो इसमें लाखों टन का द्रव्यमान होगा।

दूसरी ओर, परमाणु द्रव्यमान एक ही तत्व के विभिन्न परमाणुओं को अलग करने में मदद करते हैं; ये समस्थानिक हैं। चूंकि दूसरों की तुलना में अधिक प्रचुर मात्रा में आइसोटोप हैं, परमाणुओं के द्रव्यमान का एक औसत किसी दिए गए तत्व के लिए अनुमानित होना चाहिए; औसत जो ग्रह से ग्रह पर, या एक अंतरिक्ष क्षेत्र से दूसरे में भिन्न हो सकते हैं।

परिभाषा और अवधारणा

परिभाषा के अनुसार, परमाणु द्रव्यमान अपने प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान का योग है जिसे यूमा या यू के साथ व्यक्त किया गया है। परिणामस्वरूप संख्या (जिसे कभी-कभी द्रव्यमान संख्या भी कहा जाता है) को न्यूक्लाइड्स के लिए उपयोग किए जाने वाले अंकन में ऊपरी बाएं कोने में आयाम रहित रखा जाता है। उदाहरण के लिए, तत्व ¹⁵ X के लिए इसका परमाणु द्रव्यमान 15uma या 15u है।

परमाणु द्रव्यमान इस तत्व X की वास्तविक पहचान के बारे में ज्यादा नहीं बता सकता। इसके बजाय, परमाणु संख्या का उपयोग किया जाता है, जो X के नाभिक में प्रोटॉन से मेल खाती है। यदि यह संख्या 7 है, तो अंतर (15-7) 8 के बराबर होगा; अर्थात्, X में 7 प्रोटॉन और 8 न्यूट्रॉन हैं, जिनका योग 15 है।

छवि पर लौटते हुए, नाभिक में 5 न्यूट्रॉन और 4 प्रोटॉन होते हैं, इसलिए इसकी द्रव्यमान संख्या 9 है; और बदले में 9 एमू अपने परमाणु का द्रव्यमान है। 4 प्रोटॉन होने, और आवर्त सारणी से परामर्श करके, यह देखा जा सकता है कि यह नाभिक तत्व बेरिलियम, बी (या ⁹ बी) से मेल खाता है ।

परमाण्विक भार इकाई

परमाणु बहुत छोटे होते हैं जो पारंपरिक तरीकों या साधारण संतुलन द्वारा उनके द्रव्यमान को मापने में सक्षम होते हैं। यह इस कारण से है कि उमा, ऊ दा (रंग अंधा) का आविष्कार किया गया था। परमाणुओं के लिए तैयार की गई ये इकाइयाँ आपको यह अंदाज़ा लगाने की अनुमति देती हैं कि किसी तत्व के परमाणु एक दूसरे के संबंध में कितने बड़े पैमाने पर हैं।

लेकिन वास्तव में एक उमा क्या दर्शाता है? सामूहिक संबंध स्थापित करने के लिए एक संदर्भ होना चाहिए। इसके लिए, ¹² सी परमाणु का उपयोग एक संदर्भ के रूप में किया गया था, जो कार्बन के लिए सबसे प्रचुर और स्थिर आइसोटोप है। 6 प्रोटॉन (इसकी परमाणु संख्या Z) और 6 न्यूट्रॉन होने के कारण इसका परमाणु द्रव्यमान 12 है।

यह धारणा बनाई गई है कि प्रोटॉन और न्यूट्रॉन में समान द्रव्यमान होता है, जिससे प्रत्येक 1 एमू में योगदान देता है। परमाणु द्रव्यमान इकाई को तब कार्बन -12 परमाणु के द्रव्यमान के एक बारहवें (1/12) के रूप में परिभाषित किया गया है; यह एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन का द्रव्यमान है।

ग्राम में समानता

और अब निम्नलिखित प्रश्न उठता है: 1 एमू कितने ग्राम के बराबर होता है? चूंकि पहले इसे मापने के लिए पर्याप्त रूप से उन्नत तकनीकें नहीं थीं, इसलिए केमिस्टों को एमू के साथ सभी द्रव्यमानों को व्यक्त करने के लिए समझौता करना पड़ा; हालांकि, यह एक फायदा था और नुकसान नहीं था।

क्यों? क्योंकि उप-परमाणु कण इतने छोटे होते हैं, उनका द्रव्यमान, ग्राम में व्यक्त किया जाता है, बस उतना ही छोटा होना चाहिए। वास्तव में, 1 एमू 1.6605 · 10 ^-24 ग्राम के बराबर होता है। इसके अलावा, तिल की अवधारणा के उपयोग के साथ, यह तत्वों के द्रव्यमान और उनके समस्थानिकों को एमु के साथ काम करने के लिए एक समस्या नहीं थी, यह जानते हुए कि ऐसी इकाइयों को जी / मोल में संशोधित किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, ¹⁵ एक्स और ⁹ बी पर वापस जा रहे हैं, हमारे पास है कि उनके परमाणु द्रव्यमान क्रमशः 15 एमू और 9 एमु हैं। चूंकि ये इकाइयाँ इतनी छोटी हैं और सीधे तौर पर यह नहीं बताती हैं कि उन्हें हेरफेर करने के लिए किसी को कितना "वजन" करना चाहिए, वे अपने संबंधित दाढ़ द्रव्यमान में बदल जाते हैं: 15 ग्राम / मोल और 9 ग्राम / मोल (मोल्स और एवोगैड्रो की संख्या की अवधारणाओं को प्रस्तुत करते हुए)।

औसत परमाणु द्रव्यमान

एक ही तत्व के सभी परमाणुओं में समान द्रव्यमान नहीं होता है। इसका मतलब है कि उनके पास नाभिक में अधिक उप-परमाणु कण होने चाहिए। एक ही तत्व होने के नाते, परमाणु संख्या या प्रोटॉन की संख्या स्थिर रहना चाहिए; इसलिए, उनके पास मौजूद न्यूट्रॉन की मात्रा में केवल भिन्नता है।

यह इसी तरह से आइसोटोप की परिभाषा से प्रकट होता है: एक ही तत्व के परमाणु लेकिन विभिन्न परमाणु द्रव्यमान के साथ। उदाहरण के लिए, बेरिलियम लगभग पूरी तरह से आइसोटोप ⁹ बी के होते हैं, ¹⁰ बी की ट्रेस मात्रा के साथ । हालांकि, यह उदाहरण औसत परमाणु द्रव्यमान की अवधारणा को समझने में बहुत मददगार नहीं है; हमें अधिक आइसोटोप के साथ एक की आवश्यकता है।

उदाहरण

मान लीजिए कि तत्व ⁸⁸ J मौजूद है, यह J का मुख्य समस्थानिक है जिसमें 60% की बहुतायत है। J के दो अन्य समस्थानिक भी हैं: ⁸⁶ J, जिसमें 20% की प्रचुरता है, और ⁹⁰ J की, बहुतायत के साथ 20% की भी। इसका मतलब यह है कि पृथ्वी पर जो 100 J परमाणु एकत्र होते हैं, उनमें से 60 ⁸⁸ J हैं, और शेष 40 में ⁸⁶ और ⁹⁰ J का मिश्रण है ।

J के तीन समस्थानिकों में से प्रत्येक का अपना परमाणु द्रव्यमान है; यही है, न्यूट्रॉन और प्रोटॉन का उनका योग। हालाँकि, हाथ पर जम्मू के लिए एक परमाणु द्रव्यमान रखने के लिए इन द्रव्यमानों का औसत होना चाहिए; यहां पृथ्वी पर, क्योंकि ब्रह्मांड के अन्य क्षेत्र हो सकते हैं जहां ⁸⁶ J की प्रचुरता 56% है और 60% नहीं है।

जम्मू के औसत परमाणु द्रव्यमान की गणना करने के लिए, इसके समस्थानिकों के द्रव्यमान का भारित औसत प्राप्त किया जाना चाहिए; वह है, उनमें से प्रत्येक के लिए बहुतायत के प्रतिशत को ध्यान में रखना। इस प्रकार हमारे पास है:

औसत द्रव्यमान (J) = (86 amu) (0.60) + (88 amu) (0.20) + (90 amu) (0.20)

= 87.2 amu

अर्थात, J का औसत परमाणु द्रव्यमान (जिसे परमाणु भार के रूप में भी जाना जाता है) 87.2 amu है। इस बीच, इसका दाढ़ द्रव्यमान 87.2 ग्राम / मोल है। ध्यान दें कि 87.2 88 से 86 के करीब है, और यह 90 से भी दूर है।

पूर्ण परमाणु द्रव्यमान

पूर्ण परमाणु द्रव्यमान ग्राम में व्यक्त परमाणु द्रव्यमान है। काल्पनिक तत्व J के उदाहरण से शुरू करके, हम इसके पूर्ण परमाणु द्रव्यमान (औसत का) की गणना कर सकते हैं, यह जानते हुए कि प्रत्येक एमू 1.6605 · 10 ^-24 ग्राम के बराबर है:

पूर्ण परमाणु द्रव्यमान (J) = 87.2 amu * (1.6605 · 10 ^-24 g / amu)

= 1.447956 · 10 ^-22 ग्राम / जे परमाणु

इसका मतलब यह है कि औसत पर जे परमाणुओं का द्रव्यमान 1.447956 · 10 ^-22 ग्राम है।

सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान

सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान संख्यात्मक रूप से किसी दिए गए तत्व के लिए औसत परमाणु द्रव्यमान के समान है; हालांकि, दूसरे के विपरीत, पहले में एकता का अभाव है। इसलिए, यह आयामहीन है। उदाहरण के लिए, बेरिलियम का औसत परमाणु द्रव्यमान 9.012182 u है; जबकि इसका सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान केवल 9.012182 है।

यही कारण है कि कभी-कभी इन अवधारणाओं को अक्सर समानार्थक शब्द के रूप में गलत समझा जाता है, क्योंकि वे बहुत समान हैं और उनके बीच के अंतर सूक्ष्म हैं। लेकिन ये जनता किसके सापेक्ष हैं? ¹² सी के द्रव्यमान के एक बारहवें से संबंधित ।

इस प्रकार, 77 के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान वाले एक तत्व का मतलब है कि इसका द्रव्यमान 77 गुना ¹² C के 1 / ^12th से अधिक है ।

जिन लोगों ने आवधिक तालिका में तत्वों को देखा है, वे देखेंगे कि उनके द्रव्यमान अपेक्षाकृत व्यक्त किए गए हैं। उनके पास एमु की इकाइयाँ नहीं हैं, और इसकी व्याख्या की जाती है: लोहे का परमाणु भार 55,846 है, जिसका अर्थ है कि यह ¹² C के 1/12 भाग के द्रव्यमान से 55,846 गुना अधिक द्रव्यमान है, और इसे 55,846 amu के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है। 55.846 ग्राम / मोल।

परमाणु द्रव्यमान की गणना कैसे करें

गणितीय रूप से, एक उदाहरण दिया गया था कि तत्व जे के उदाहरण के साथ इसकी गणना कैसे करें। सामान्य शब्दों में, हमें भारित औसत सूत्र को लागू करना चाहिए, जो होगा:

पी = ((आइसोटोप परमाणु द्रव्यमान) (दशमलव में बहुतायत)

अर्थात्, किसी दिए गए तत्व के लिए प्रत्येक आइसोटोप (सामान्य रूप से प्राकृतिक) के परमाणु द्रव्यमान (न्यूट्रॉन + प्रोटॉन), साथ ही साथ उनके संबंधित स्थलीय बहुतायत (या जो कुछ भी इस क्षेत्र में माना जाता है), उसके बाद भारित औसत की गणना की जा सकती है।

और सिर्फ अंकगणित औसत क्यों नहीं? उदाहरण के लिए, J का औसत परमाणु द्रव्यमान 87.2 amu है। यदि हम इस द्रव्यमान की फिर से गणना करते हैं लेकिन अंकगणित में हमारे पास होगा:

औसत द्रव्यमान (J) = (88 amu + 86 amu + 90 amu) / 3

= 88 एमू

ध्यान दें कि 88 और 87.2 के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अंकगणित औसत मानता है कि सभी समस्थानिकों की बहुतायत समान है; चूँकि J के तीन समस्थानिक हैं, प्रत्येक में 100/3 (33.33%) की बहुतायत होनी चाहिए। लेकिन वास्तविकता में ऐसा नहीं है: दूसरों की तुलना में बहुत अधिक आइसोटोप हैं।

यही कारण है कि भारित औसत की गणना की जाती है, क्योंकि यह ध्यान में रखता है कि एक आइसोटोप दूसरे के संबंध में कितना प्रचुर है।

उदाहरण

कार्बन

कार्बन के औसत परमाणु द्रव्यमान की गणना करने के लिए हमें उनके प्राकृतिक आइसोटोप की आवश्यकता होती है जो उनके संबंधित बहुतायत से होते हैं। कार्बन के मामले में, ये हैं: ¹² C (98.89%) और ¹³ C (1.11%)। उनके सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान क्रमशः 12 और 13 हैं, जो बदले में 12 एमू और 13 एमू के बराबर हैं। सुलझाने:

औसत परमाणु द्रव्यमान (C) = (12 amu) (0.9889) + (13 amu) (0.0111)

= 12.0111 amu

इसलिए, कार्बन परमाणु का द्रव्यमान औसतन 12.01 एमू है। जैसा कि ¹⁴ सी की ट्रेस मात्रा हैं, इसका इस औसत पर लगभग कोई प्रभाव नहीं है।

सोडियम

सभी स्थलीय सोडियम परमाणुओं में ²³ Na समस्थानिक होते हैं, इसलिए इसकी प्रचुरता 100% होती है। इसीलिए साधारण गणना में इसके द्रव्यमान को केवल 23 amu या 23 g / mol माना जा सकता है। हालांकि, इसका सटीक द्रव्यमान 22.98976928 एमू है।

ऑक्सीजन

अपने संबंधित बहुतायत के साथ ऑक्सीजन के तीन समस्थानिक हैं: ¹⁶ ओ (99.762%), ¹⁷ ओ (0.038%) और ¹⁸ ओ (0.2%)। हमारे पास इसके औसत परमाणु द्रव्यमान की गणना करने के लिए सब कुछ है:

औसत परमाणु द्रव्यमान (O) = (16 amu) (0.99762) + (17 amu) (0.00038) + (18 amu) (0.002)

= 16.00438 एमू

हालांकि इसकी रिपोर्ट की गई सटीक द्रव्यमान वास्तव में 15.9994 एमू है।

नाइट्रोजन

हमारे पास ऑक्सीजन के साथ समान चरणों को दोहराते हुए: ¹⁴ एन (99.634%) और ¹⁵ एन (0.366%)। इसलिए:

औसत परमाणु द्रव्यमान (N) = (14 amu) (0.99634) + (15 amu) (0.00366)

= 14.00366 एमू

ध्यान दें कि नाइट्रोजन के लिए सूचित द्रव्यमान 14.0067 एमू है, जो हमने गणना की तुलना में थोड़ा अधिक है।

क्लोरीन

उनके संबंधित बहुतायत के साथ क्लोरीन के समस्थानिक हैं: ³⁵ सीएल (75.77%) और ³⁷ सीएल (24.23%)। हमारे पास अपने औसत परमाणु द्रव्यमान की गणना:

औसत परमाणु द्रव्यमान (Cl) = (35 amu) (0.7577) + (37 amu) (0.2423)

= 35.4846 एमू

एक रिपोर्ट (35,453 एमू) के समान।

डिस्प्रोसियम

और अंत में, कई प्राकृतिक आइसोटोप वाले एक तत्व के औसत द्रव्यमान की गणना की जाएगी: डिस्प्रोसियम। ये और उनके संबंधित बहुतायत हैं: ¹⁵⁶ Dy (0.06%), ¹⁵⁸ Dy (0.10%), ¹⁶⁰ Dy (2.34%), ¹⁶¹ Dy (18.91%), ¹⁶² Dy (25.51) %), ¹⁶³ Dy (24.90%) और ¹⁶⁴ Dy (28.18%)।

हम इस धातु के परमाणु द्रव्यमान की गणना करने के लिए पिछले उदाहरणों की तरह आगे बढ़ते हैं:

औसत परमाणु द्रव्यमान (डाई) = (156 एमू) (0.0006%) + (158 एमयू) (0.0010) + (160 एमयू) (0.0234) + (161 एमयू) (0.1891) + (162) एमू) (0.2551) + (163 एमयू) (0.2490) + (164 एमयू) (0.2818)

= 162.5691 एमू

रिपोर्ट किया गया द्रव्यमान 162,500 एमू है। ध्यान दें कि यह औसत 162 और 163 के बीच है, क्योंकि ¹⁵⁶ Dy, ¹⁵⁸ Dy और ¹⁶⁰ Dy isotopes कुछ प्रचुर मात्रा में हैं; जबकि उन लोगों के लिए जो ¹⁶² डाई, ¹⁶³ डाई और ¹⁶⁴ डाई हैं।

संदर्भ

1. Whitten, डेविस, पेक और स्टेनली। (2008)। रसायन विज्ञान (8 वां संस्करण।)। सेनगेज लर्निंग।
2. विकिपीडिया। (2019)। परमाणु भार। से पुनर्प्राप्त: en.wikipedia.org
3. क्रिस्टोफर मैसी। (एस एफ)। परमाणु द्रव्यमान। पुनर्प्राप्त: wsc.mass.edu
4. नताली वोल्कओवर। (12 सितंबर, 2017)। आप एक परमाणु वजन कैसे करते हैं? लाइव साइंस। से पुनर्प्राप्त: lifecience.com
5. रसायन शास्त्र LibreTexts। (05 जून, 2019)। परमाणु द्रव्यमान की गणना। से पुनर्प्राप्त: chem.libretexts.orgs
6. एडवर्ड विचर्स और एच। स्टीफ़न पीज़र। (15 दिसंबर, 2017)। परमाण्विक भार। एनसाइक्लोपीडिया ब्रिटानिका। से पुनर्प्राप्त: britannica.com