جرم اتمی (دالتون)
همانطور که می دانید هرگز نمی توان یک اتم را جدا کرده، آن را در ترازو گذاشت و جرم آن را اندازه گرفت. زیرا واحد گرم یا میلی گرم (که ترازو آن را نشان می دهد) برای بیان جرم اتم بسیار بسیار بزرگ است.
درواقع همیشه باید واحد اندازه گیری و کمیت مورد اندازه گیری با هم همخوانی داشته باشند، به عنوان مثال فاصله ی شیراز مشهد را نمی توان با سانتی متر یا متر اندازه گیری نمود، بلکه این فاصله به دلیل بزرگی با کیلومتر سنجش می شود.
حال جرم یک اتم هم نمی تواند با واحد گرم اندازه گیری شود، زیرا جرم یک اتم در حدود ۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۱/۰ گرم است.
پس باید دنبال یک واحد بگردیم که جرم اتم را با ان واحد اندازه گرفته و بیان کنیم. دانشمندان در این مورد خیلی فکر کردند تا اینکه نتیجه گرفتند که یک اتم را به عنوان استاندارد انتخاب کنند و بقیه اتمها را نسبت به آن بسنجند. به عنوان مثال در ابتدا اتم هیدروزن را به عنوان استاندارد در نظر گرفتند و مثلا” می گفتند جرم اتمی بور ده برابر جرم هیدروزن می باشد.
اما بعدها این واحد به اتم اکسیژن تغییر نمود و در نهایت شیمی دانها برای بیان جرم عنصرها ، فراوان ترین ایزوتوپ کربن یعنی کربن -۱۲ را بعنوان استاندارد انتخاب کردند و جرم عنصرهای دیگر را با استفاده از نسبتهایی که در محاسبات آزمایشگاهی بدست آمده بود، بیان کردند.
به عنوان مثال با استفاده از نسبتهایی که در محاسبات آزمایشگاهی بدست آمده، مشخص شده است که جرم اتم اکسیژن چهار سوم برابر جرم اتم کربن-۱۲ است. با توجه به اینکه جرم اتم کربن-۱۲دقیقا” ۱۲ واحد کربنی می باشد، جرم اتم اکسیژن را محاسبه می شود. در این مقیاس جرم اتم اکسیژن حدودا” برابر ۱۶ خواهد شد.
واحد جرم اتمی amu است که کوتاه شده ی عبارت atomic mass unitاست( البته این یک واحد فیزیکی نیست ، چون جرم اتمی یک نسبت است، لذا بدون واحد است و این واحد قراردادی است ) . در این مقیاس جرم پروتون و نوترون amu 1 است. یک amu برابر یک دوازدهم جرم اتم کربن -۱۲ است .
برای برخی دانش آموزان این سوال پیش می آید که چرا جرم اتمی عنصرها عددی کسری است( بجز ایزوتوپ کربن -۱۲ ).
برای پاسخ به این پرسش باید گفت : جرم اتمی مجموع جرم پروتونها و نوترونها و الکترونها را در اتم مشخص می کند و جرم اتمها بر خلاف عدد جرمی( مجموع تعداد پروتون و نوترون در اتم ) آنها مقداری صحیح نبوده و کسری است. به عنوان مثال، اتم سدیم دارای یازده پروتون و دوازده نوترون در هسته اتم خود می باشد، پس عدد جرمی آن ۲۳ = ۱۲ + ۱۱ است. اما برای تعیین جرم اتمی سدیم به این صورت عمل می کنیم. جرم یک پروتون بر حسب واحد جرم اتمی amu برابر ۰۰۷۳/۱ و جرم یک نوترون نیز بر حسب واحد جرم اتمی amu برابر ۰۰۸۷/۱ و جرم یک الکترون نیز بر حسب واحد جرم اتمی amu برابر ۰۰۰۵/۰ می باشد.
مجموع جرم پروتونهای اتم سدیم ۰۸۰۳/۱۱ = ۰۰۷۳/۱ × ۱۱
مجموع جرم نوترونهای اتم سدیم ۰۹۵۷/۱۱ = ۰۰۸۷/۱ × ۱۱
از جرم الکترونها به دلیل ناچیز بودن صرف نظر می شود. جرم اتمی این ایزوتوپ از اتم سدیم برابر است با:
۱۷۶/۲۲ = ۰۸۰۳/۱۱ + ۰۹۵۷/۱۱
پس بطور خلاصه در مقیاس واحد کربنی (amu )که جرم اتمها بر اساس آن اندازه گیری می شود، جرم پروتون و نوترون واحد ( ۱ ) نبوده و عددی کسری است. ( جرم پروتون amu 0073/1 و جرم نوترون amu 0087/1 می باشد)، بنابر این جرم اتمی عددی غیر صحیح است. از طرفی بسیاری از عناصر دارای ایزوتوپ های مختلف با درصد فراوانی های متفاوت هستند. ولذا میانگین جرم اتمی عدد غیر صحیح است(جرم اتمی یک عنصر به ایزوتوپهای آن و درصد فراوانی هر ایزوتوپ در طبیعت بستگی دارد. ).
