Question 1

Warum verwenden Wissenschaftler Atommasseeinheiten anstelle von Gramm, um die Atommasse zu messen?

Accepted Answer

Einzelne Atome sind extrem klein—ein Kohlenstoffatom wiegt weniger als 2 × 10−23 g—was Gramm für Messungen unpraktisch macht. Wissenschaftler verwenden stattdessen Atommasseneinheiten (amu), Dalton (Da) oder vereinheitlichte Atommasseneinheiten (u). Eine amu entspricht 1/12 der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms oder 1,6605 × 10−24 g und bietet eine praktischere Skala für atomare Messungen.

Question 2

Was ist die Beziehung zwischen Massenzahl und Atommasse?

Accepted Answer

Die Massenzahl ist die Summe der Protonen und Neutronen in einem Atom. Da jedes Proton und Neutron etwa einen amu zur Atommasse beiträgt und Elektronen weit weniger, das atomare ist die Masse eines einzelnen Atoms ungefähr gleich seiner Massenzahl. Zum Beispiel hat Stickstoff-14 7 Protonen und 7 Neutronen, was ihm eine Massenzahl von 14 und eine Atommasse nahe 14 amu gibt.

Question 3

Wie beeinflussen Isotope die durchschnittliche Atommasse, die im Periodensystem angezeigt wird?

Accepted Answer

Die meisten Elemente existieren natürlicherweise als Mischungen von Isotopen mit unterschiedlichen Neutronenzahlen. Das Periodensystem listet eine gewichtete Durchschnittsmasse auf, die berechnet wird, indem die Masse jedes Isotops mit seiner anteiligen Häufigkeit multipliziert und diese Werte anschließend addiert werden. Zum Beispiel spiegelt die durchschnittliche Atommasse von Chlor von 35,45 amu wider, dass 75,78% der Chloratome Chlor-35 und 24,22% Chlor-37 sind, wodurch der Durchschnitt näher an 35 amu liegt.

Question 4

Was zeigt ein Massenspektrum über die Isotopenzusammensetzung?

Accepted Answer

Ein Massenspektrum stellt die relative Häufigkeit von Isotopen gegen ihr Massen-zu-Ladungs-Verhältnis dar. Die Höhe jedes Peaks ist proportional zum Anteil der Ionen mit diesem Massen-zu-Ladungs-Verhältnis und zeigt, welche Isotope vorhanden sind und wie häufig jedes einzelne ist. Diese Daten ermöglichen es Wissenschaftlern, sowohl die Massen als auch die natürlichen Häufigkeiten von Isotopen zu bestimmen, die zur Berechnung der durchschnittlichen Atommasse erforderlich sind.

Question 5

Wie wird die durchschnittliche Atommasse für ein Element mit mehreren Isotopen berechnet?

Accepted Answer

Die durchschnittliche Atommasse wird berechnet, indem die Masse jedes Isotops mit seinem prozentualen Vorkommen auf der Erde multipliziert und dann diese Produkte addiert werden. Für Bor ergibt 19,9% von Bor-10 (10,0129 amu) plus 80,1% von Bor-11 (11,0093 amu) den Durchschnitt. Dieser gewichtete Durchschnitt spiegelt die tatsächliche Zusammensetzung natürlich vorkommender Proben wider und erscheint im Periodensystem.

Question 6

Warum wiegt ein einzelnes Chloratom nicht genau 35,45 amu?

Accepted Answer

Kein einzelnes Chloratom wiegt 35,45 amu, da einzelne Atome entweder Chlor-35 oder Chlor-37 sind. Der Wert 35,45 amu ist ein gewichteter Durchschnitt aller Chloratome in der Natur. Da natürlich vorkommenden Chlor mehr Chlor-35-Atome als Chlor-37-Atome enthält, ist die durchschnittliche Masse näher an 35 amu als an 37 amu.

Question 7

Wie trennt und identifiziert ein Massenspektrometer verschiedene Isotope?

Accepted Answer

Ein Massenspektrometer verdampft eine Probe und setzt sie einem hochenergetischen Elektronenstrahl aus, wodurch geladene Ionen durch den Verlust von Elektronen entstehen. Diese Kationen durchlaufen ein variables Magnetfeld, das den Pfad jedes Ions basierend auf seiner Masse und Ladung ablenkt. Der Detektor nimmt dann die Ionen auf und erzeugt ein Massenspektrum, das zeigt, welche Isotope vorhanden sind und ihre relativen Häufigkeiten.

Atommasse

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