Konu anlatımı
Bir atomun kütlesi gram cinsinden yazıldığında çok küçük sayılar ortaya çıkar. Bu yüzden atom kütleleri bir referans atomla karşılaştırılarak verilir. Bu alt başlıkta atomik kütle birimini, bağıl atom kütlesini ve bazı elementlerin mol kütlelerinin neden tam sayı çıkmadığını göreceksin.
Atomik kütle birimi
Günümüzde atom kütleleri için karbon-12 izotopu (¹²C) esas alınır: bir ¹²C atomunun kütlesi tam 12 akb kabul edilir. Buna göre 1 akb (atomik kütle birimi), bir ¹²C atomunun kütlesinin on ikide biridir ve yaklaşık 1,66·10⁻²⁴ g'a eşittir. Bu değer Avogadro sayısının tersidir; yani 6,02·10²³ akb, 1 g eder. Tarihte atom kütleleri önce en hafif element olan hidrojen, sonra oksijen esas alınarak karşılaştırıldı; 1961'den beri karbon-12 temel alınmaktadır.
Bağıl atom kütlesi
Bir atomun kütlesinin, ¹²C atomunun kütlesinin on ikide birine oranına bağıl atom kütlesi denir. Bir magnezyum atomunun bağıl atom kütlesi 24 ise bu atom, bir ¹²C atomundan iki kat ağırdır. Bağıl atom kütlesi ile mol kütlesi sayıca aynıdır: bir magnezyum atomu 24 akb, 1 mol magnezyum atomu 24 g'dır. Bu eşitlik, akb ile gramın arasındaki dönüşüm çarpanının Avogadro sayısı olmasından kaynaklanır.
İzotoplar ve tam sayı olmayan mol kütleleri
Bir elementin doğada bulunan atomları çoğu zaman kütle numaraları farklı izotopların karışımıdır. Periyodik tabloda verilen atom kütlesi, bu izotopların doğadaki bulunma oranlarına göre ortalamasıdır; bu yüzden birçok elementin mol kütlesi tam sayı çıkmaz. Doğadaki klor atomlarının çoğu kütle numarası 35, daha azı 37 olan izotoptur; klorun mol kütlesi ikisinin arasında ve 35'e daha yakın olan 35,5 g/mol'dür. Bakırın ⁶³Cu ve ⁶⁵Cu izotopları nedeniyle mol kütlesi 63,5, magnezyumun üç izotopu nedeniyle 24,3 g/mol kadardır. Programda izotopların bolluklarından ortalama atom kütlesi hesaplanmaz; yalnızca bu örneklerle neden açıklanır.
Çözümlü örnekler
Örnek 1. Bir magnezyum atomunun kütlesi 24 akb'dir. 1 mol magnezyum atomu kaç gramdır? Tek bir magnezyum atomunun kütlesi yaklaşık kaç gramdır?
Çözüm. Bağıl atom kütlesi mol kütlesine sayıca eşit olduğu için 1 mol magnezyum atomu 24 g'dır. Bu 24 g içinde 6,02·10²³ tane atom bulunduğuna göre bir atomun kütlesi 24 / (6,02·10²³) ≈ 3,99·10⁻²³ g olur. Aynı sonuca 24 akb · 1,66·10⁻²⁴ g/akb yoluyla da ulaşılır.
Örnek 2. Klorun mol kütlesinin 35 ya da 37 değil de 35,5 g/mol olması nasıl açıklanır?
Çözüm. Doğadaki klor, kütle numaraları 35 ve 37 olan iki izotopun karışımıdır. Tablodaki atom kütlesi bu iki izotopun bulunma oranlarına göre ortalamasıdır. Kütle numarası 35 olan izotop daha bol olduğu için ortalama 35 ile 37 arasında ve 35'e daha yakın bir değer olan 35,5 çıkar. Bu, ölçümde bir hata olduğunu değil, elementin izotoplarının bir arada bulunduğunu gösterir.
Sık yapılan hatalar
- Bağıl atom kütlesini gram cinsinden bir atomun kütlesi sanmak; bir atomun kütlesi akb ile, 1 molünün kütlesi gram ile aynı sayıya eşittir.
- Tam sayı olmayan atom kütlelerini yuvarlama hatası sanmak; bu değerler izotop ortalamasıdır.
- Atom kütlesinin referansını hidrojen sanmak; günümüzde referans karbon-12'dir.
- 1 akb = ¹²C atomunun kütlesinin on ikide biri ≈ 1,66·10⁻²⁴ g.
- Bir atomun akb cinsinden kütlesi ile 1 mol atomun gram cinsinden kütlesi sayıca eşittir.
- Tam sayı olmayan mol kütleleri izotopların ortalamasından gelir.