العلاقة بين الكتلة الذرية والكتلة المكافئة والتكافؤ

 

الكتلة الذرية

الكتلة الذرية Atomic Mass تكون الذرات على درجة من الدقة والصغر بحيث يصعب معها تقدير کتلها الذرية ، ومع ذلك فقد أمكن تعيين كتلتها بدقة كبيرة، فقد وجد مثلا ان كتلة ذرة الهيدروجين تبلغ  6.02x10^23  g وقد امكن ايضا الحصول على كتل الذرات النسبية من تعيين كتلة العناصر المتحدة مع عنصر آخر، بشرط أن يكون العدد النسبي للذرات في المركبات معلوما، فعليه تستخدم الكتلة الذرية للتعبير عن كتلة عنصر ما بالنسبة لكتلة ذرة عنصر اخر اتفق على استخدامه في تحديد الكتل النسبية لكل عناصر الجدول الدوري. وفي عام 1961م عقد في جنيف مؤتمر للاتحاد الدولي للكيمياء الصرفة والتطبيقية IUPAC وتم الاتفاق فيه على تعريف الوحدة القياسية للكتل الذرية والتي سميت بوحدة الكتلة الذرية (وكذ) (amu) ( Atomic mass unit) على انها مساوية لواحد من اثنا عشر جزئا من كتلة ذرة نظير الكاربون 12 والذي اعتبرت كتلته الذرية مساوية 12 وحدة بالضبط وعلى هذا الاساس فأن :

وهكذا فان الكتل الذرية التي نستعملها اليوم ونجدها في الجدول الدوري، هي ليست كتل فعلية، بل كتل نسبية توضح العلاقة من حيث الكتل الذرية بين الذرات المختلفة. فالكتلة الذرية لنظير الهيدروجين 1 مثلا هي 12/1 من الكتلة الذرية النظير الكاربون 12 أي حوالي l amu اما نواة الأوكسجين 16 فلها كتلة تساوي 12/16 او 3/4 من كتلة نظير الكاربون 12 وعندما تقدر الكتلة الذرية بالغرامات تدعى بالكتلة الذرية الغرامية.

فالكتلة الذرية الغرامية للاوكسجين = g16 وللفضة = 107.9g وان كل كتلة من هذه الكتل تحتوي على عدد أفوكادر و من الذرات والذي يساوي 1023×6.022140857 ذرة فمثلا

1g من الهيدروجين يحتوي على 1023×6.022140857 ذرة هيدروجين

g39 من البوتاسيوم يحتوي على 1023×6.022140857 ذرة بوتاسيوم

207g من الرصاص يحتوي على 1023×6.022140857 ذرة رصاص

اما الكتلة المطلقة للذرة فهي كتلة ذرة واحدة من العنصر. اي

الكتلة المطلقة لذرة عنصر - الكتلة الذرية الغرامية للعنصر\عدد افوكادر و

مثال 1 : احسب الكتلة المطلقة لذرة الاوكسجين علما بان كتلته الذرية تساوي 16

الحل :

 

الكتلة الذرية لجميع العناصر الكيميائية

 

 

الكتلة المكافئة

الكتلة المكافئة Equivalent Mass قادت دراسة قانون النسب الكتلية التي تتحد بموجبها العناصر المختلفة الى معرفة الكتل المكافئة، حيث كان دالتون أول من حسب هذه الكتل، فأفترض أن كتلة العنصر التي تتحد مع كتلة ذرة واحدة من الهيدروجين هي الكتلة المكافئة للعنصر، وبسبب قصور عنصر الهيدروجين في تكوين مركبات مع اغلب العناصر الأخرى، أو لكون اغلب العناصر لا تتحد مباشرة مع الهيدروجين وانها تتحد مع الاوكسجين بشكل مباشر، فقد تم اعتماد الاوكسجين أساسا في حساب الكتل المكافئة، واعتبرت كتلته المتحدة مساوية «ثمانية 8». هذا ولا تقتصر العناصر على الاتحاد مع بعضها بكميات مكافئة فقط، بل هي تحل محل بعضها في مركباتها بكتل مكافئة. وهكذا يكون تعريف الكتلة المكافئة لعنصر ما بأنها :

كتلة هذا العنصر التي تتحد مع ثمانية أجزاء كتلية من الاوكسجين او تزيح هذه المقادير من مركباتها

وقد مكن مفهوم الكتلة المكافئة، من صياغة القانون الآتي المسمى بقانون الكتل المكافئة :

تتحد العناصر مع بعضها بعضا بكميات تتناسب وكتلها المكافئة

وعندما تقدر الكتلة المكافئة بالغرامات تسمى عندئذ بالمكافئ الغرامي (Gram Equivalent)، فمثلا المكافئ الغرامي للاوكسجين = 8g وللكلور = g35.5، وللهيدروجين = 1g وللفضة = g107.9 وهكذا... ويمكن تحديد الكتل المكافئة بدءا من المعطيات المتعلقة بتحليل المركبات المختلفة، او من استبدال عنصر بآخر، وانه ليس من الضروري لتعيين الكتل المكافئة ان ننطلق من المركبات التي تحوي اوكسجينة او مع عنصر آخر ذي كتلة مكافئة معلومة اعتمادا على الآتي:۔

مثال 2 : تتحد 3.5g من الحديد مع الكبريت لتكوين g5.5 من كبريتيد الحديد (II). إحسب الكتلة المكافئة للحديد علما بان الكتلة المكافئة للكبريت = 16g.

 

 

العلاقة بين الكتلة الذرية والكتلة المكافئة والتكافؤ

لما كان مقياس الكتل الذرية هو إعتبار ذرة الاوكسجين = 16 وحدة ، ومقياس الكتل المكافئة هو اعتبار الاوكسجين = 8 وحدة ، لذلك نجمت علاقة رياضية بين الكتلة الذرية والكتلة المكافئة، وبناء على ذلك لايجاد الكتلة المكافئة لعنصر ما نقسم الكتلة الذرية للعنصر على عدد ذرات الهيدروجين التي تستطيع أن تتحد بها او ان تحل محلها، فالقاسم المشترك في هذه الحالة هو تكافؤ العنصر او قيمته الاتحادية فينتج من ذلك أن الكتلة المكافئة للعنصر تساوي كتلته الذرية مقسوم على تكافئه .

 مثال 3 : ماهو تكافؤ الالمنيوم اذا علمت أن كتلته الذرية =27 وكتلته المكافئة =9 ؟

الحل :

  

 

المصادر

1.       IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version:  (2006–) "atomic mass". doi:10.1351/goldbook.A00496

2.      International Union of Pure and Applied Chemistry (1998). Compendium of Analytical Nomenclature (definitive rules 1997, 3rd. ed.). Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-86542-6155. section 6.3. "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on July 26, 2011. Retrieved 2009-05-10.

3.      Bureau International des Poids et Mesures (2019): The International System of Units (SI), 9th edition, English version, page 134. Available at the BIPM website.

4.      Williams, Andrew (2007). "Origin of the Formulas of Dihydrogen and Other Simple Molecules". J. Chem. Educ. 84 (11): 1779. Bibcode:2007JChEd..84.1779W. doi:10.1021/ed084p1779.