سولات و مثال اتم و ایزوتوپ های هیدروژن

سوال 1:

با توجه به جدول، اتم کربن چه قدر سنگین تر از بور است؟

الف) 12 برابر        ب) 12/10 برابر           ج) 10/12 برابر

 جواب: از جدول بالا می فهمیم که کربن و بور وزن اتمی نسبی 12 و 10 دارند، میانگین اتمی کربن از میانگین اتمی بور، سنگین تر است. برای همین میانگین اتمی کربن 12/10 برابر سنگین تر از میانگین اتمی بور است.

 سوال 2:

چه جرمی از نقره شامل تعداد یکسانی از اتم های 12 گرمی کربن است؟

 جواب این سوال 107 گرم است. جرم های جدول بالا نشان دهنده جرم های نسبی عناصر هستند. طبق جدول، میانگین اتمی نقره 107/12 = 8.9  دارای همان توده جرمی میانگین اتمی کربن است. برای همین، برای داشتن تعداد یکسانی از اتم های نقره، به جرم کربن نیاز داریم که 107/12  برابر جرمش است. از آن جایی که 12 گرم اتم کربن داریم، پس      107/12 x 12 = 107 g  نقره داریم.

 سوال 3:

چه جرمی از نقره دارای تعداد یکسانی از اتم های 6 گرمی کربن است؟

جواب: 107/2 = 53.5 g  نقره، اگر نادرست حل کردید به سوال قبل برگردید و این نسبت را رعایت کنید:

 6/12 = X/107

 ایزوتوپ ها:

در اوایل قرن بیستم، طیف سنجی جرمی (اسپکترومتر جرمی) که به دانشمندان اجازه می داد تا جرم تک تک اتم ها را به صورت مجزا تعیین کنند، ساخته شد. این وسیله واقعیت هایی را کشف کرد از جمله این که تمام اتم های یک عنصر، جرم یکسانی ندارند (برای همین بود که به جای کلمه "اتم و وزن اتم" از "میانگین اتم" استفاده کردیم).

 اتم های یک عنصر دارای جرم های مختلفی هستند که "ایزوتوپ" نامیده می شود. برای مثال، دو ایزوتوپ مهم بور وجود دارد که هر دو دارای 5 پروتون در هسته هستند اما یکی از ایزوتوپ ها دارای 5 نوترون و دیگری دارای 6 نوترون است. می دانیم که جمع تعداد پروتون ها و نوترون ها در یک هسته، جرم ایزوتوپ را حاصل می کند. این تعداد به صورت یک بالا نویس در سمت چپ در کنار نماد شیمیایی عنصر نوشته می شود. برای مثال ایزوتوپ بور با 6 نوترون، 11B است.

 ایزوتوپ های هیدروژن

 الکترون ذره دیگر موجود در اتم ها بسیار مورد علاقه شیمی دان هاست. الکترون ها در خارج از هسته و با بار منفی به دور هسته می چرخند. جرم الکترون از جرم پروتون یا نوترون بسیار کوچک تر است. بار روی الکترون با بار پروتون یکسان است اما علامت آن ها مخالف هم است. در نتیجه در یک اتم خنثی، تعداد الکترون ها و پروتون ها یکی است.

سوال 4:

کدام یک از ایزوتوپ های زیر دارای 6 پروتون و 7 نوترون است؟

الف) 7B

ب) 13B

ج) 12C

د) 13C

جواب: گزینه د صحیح است.

 سوال 5:

کلر طبیعی موجود در طبیعت دارای دو ایزوتوپ است که یکی از ن ها دارای دو نوترون بیش تر از دیگری است. اگر ایزوتوپ سبک تر دارای عدد جرمی 35 باشد؛ نماد شیمیایی صحیح ایزوتوپ دیگر چیست؟

 جواب : 37Cl نماد شیمیایی کلر Cl است و ایزوتوپ صحیح کلر بایستی دو عدد بیش تر از 35 باشد؛ یعنی 37.

 بعد از کشف ایزوتوپ ها و میانگین برای اندازه گیری های صحیح جرم نسبی ایزوتوپ ها، دانشمندان تصمیم گرفتند تا جرم ایزوتوپ 12C باید به صورت دقیق 12.0000 واحد وزن اتمی (amu) تعریف شود.

 شیمی دان نمونه 2

 در شکل بالا در a) یک هندوانه، 12 قطعه هندوانه در b) ، در حالت c) شما 12/1 هندوانه را می بینید و بالاخره در شکل d) می بینید که چگونه با این مقیاس می توان میوه های دیگر را وزن کرد. شیمی دان ها هم از کربن برای وزن کردن اتم ها استفاده می کنند.

 سوال 6:

یک واحد وزن اتمی (amu) چگونه تعریف می شود؟

 الف) 12 گرم

ب) یک دوازدهم جرم یک اتم 12C

ج) 1 x 10-12 گرم

 جواب صحیح گزینه ب است.

 جرم نوترون ها و پروتون ها بسیار نزدیک هم است. جرم یک الکترون حدود 2000 برابر کوچک تر از جرم یک نوترون یا پروتون است.

 سوال 7:

جرم تقریبی یک پروتون و یا نوترون با واحد اتمی amu چه قدر است؟

الف) 12 amu

ب) 6 amu

ج) 1 amu

 جواب: گزینه ج درست است؛ در یک اتم کربن، 6 پروتون، 6 نوترون و 6 الکترون وجود دارد. وزن الکترون ها نسبت به پروتون ها و نوترون ها آن قدر کوچک است که می توان آن را نادیده گرفت. جرم یک پروتون نیز تقریبا با جرم نوترون برابر است؛ یعنی این هسته دارای جرم ترکیبی 12.00 amu  است. برای همین یک پروتون (و یا یک نوترون) وزن 1.00 amu  دارد.

  شیمی دان نمونه 2

سوال 8:

جرم تقریبی یک اتم 13C چه قدر است؟

 جواب: 13.00 amu

 سوال 9:

جرم تقریبی دو اتم 29Si چه قدر است؟

 جواب:

58.0 amu  ؛ زیرا هر نوکلئون (پروتون یا نوترون) دارای جرم 1.00 amu  است (جرم الکترون را نادیده می گیریم). یک اتم سیلیسیوم 29Si دارای جرم 29.0 amu  است و دو اتم سیلیسیوم دارای جرم    2 x 29.0 = 58.0 amu  است.