الوزن الذري للحديد قيمة نسبية تكتبها لجنة CIAAW على الصورة 55.845(2) للمواد الطبيعية المعتادة. لا تعني هذه القيمة أن في النواة 55.845 جسيمًا، ولا أن ذرة الحديد الواحدة كتلتها بالغرامات بهذا المقدار. لفهم الرقم، نميز هوية العنصر من نظائره، ثم نربط متوسط الكتل بوفرة كل نظير ونستخدم كتلة مولية مناسبة للحساب. [1][2][3]
ثلاثة أرقام تصف أشياء مختلفة
العدد الذري للحديد 26: أي إن نواة كل ذرة حديد تحوي 26 بروتونًا. أما نظير الحديد 56 فعدد كتلته 56، وهو مجموع البروتونات والنيوترونات؛ لذلك فيه 56−26=30 نيوترونًا. نظائر العنصر تشترك في عدد البروتونات وتختلف في عدد النيوترونات. [4]
الرقم 56 في اسم النظير عدد صحيح يعد جسيمات النواة. ليس قياسًا دقيقًا لكتلة الذرة، كما أن 26 لا يعني كتلة الحديد ولا عدد نيوتروناته. ويمكن لأيون الحديد أن يفقد إلكترونات من غير أن يصبح عنصرًا آخر؛ الهوية تحددها البروتونات. [4]
أما 55.845 فهي قيمة قياسية نسبية تعتمد على الكتل ووفرة النظائر. صيغة 55.845(2) تتضمن عدم يقين في الخانات الأخيرة، وليست علامة ضرب أو نظيرًا اسمه الحديد 2. يفسر مصدر CIAAW القيمة وظروف تطبيقها. [1]
جدول صحيح للنظائر الطبيعية المعتادة
| النظير | عدد النيوترونات | كتلة الذرة التقريبية بوحدة Da | وفرة مرجعية بالمئة |
|---|---|---|---|
| الحديد 54 | 28 | 53.939609 | 5.845 |
| الحديد 56 | 30 | 55.934936 | 91.754 |
| الحديد 57 | 31 | 56.935393 | 2.119 |
| الحديد 58 | 32 | 57.933274 | 0.282 |
قربت كتل جدول NIST إلى ست خانات بعد الفاصلة، وأبقيت نسب الوفرة المعروضة. الدالتون وحدة كتلة، والوفرة نسبة عددية للذرات. المقصود هذه النظائر في التركيب الطبيعي المعتاد، لا أن كل نظائر الحديد المعروفة تقتصر على أربعة. [2][4]
لاحظ أن كتلة الحديد 56 تقارب 55.934936 دالتون، لا 53.934. إذا أورد جدولٌ كتل النظائر 54 و 56 و 57 و 58 جميعها بالقرب من 53.9 دالتون، فهذه علامة على خطأ في البيانات؛ إذ يفترض أن تكون كتلة كل نظير قريبة من عدد كتلته، مع اختلافهما في المعنى والوحدة. [2]
كيف ينتج المتوسط الموزون؟
نحول النسب إلى كسور مجموعها 1، ثم نضرب كتلة كل نظير في كسره. اعتمادًا على الأرقام المقربة أعلاه: 0.05845×53.939609+0.91754×55.934936+0.02119×56.935393+0.00282×57.933274≈55.84514 دالتون. هذا حساب توضيحي للمتوسط من البيانات المرجعية، لا إعادة تقييم رسمية لعدم اليقين. [2][4]
المتوسط قريب من كتلة الحديد 56 لأنه الغالب عدديًا، لكنه لا يساوي 56. كما أنه لا يعني وجود ذرة بكتلة مساوية تمامًا للمتوسط؛ نقرأه بوصفه وصفًا لمجموعة ذرات ذات تركيب نظائري معين. [4]
وتذكر CIAAW تغيرات طبيعية في التركيب النظائري. لذلك تستخدم القيمة القياسية للغرض المناسب، بينما قد يتطلب تحليل عينة خاصة قياس تركيبها بدل افتراض أنه مطابق تمامًا للجدول. [1]
الوزن الذري والكتلة المولية
رغم الاسم، الوزن الذري ليس قوة بوحدة النيوتن. إنه نسبة كتلة إلى معيار كتلة؛ لذا لا يحمل وحدة. أما كتلة ذرة نظير فنكتبها مثلًا بالدالتون، والكتلة المولية بوحدة غ/مول. هذه كميات مرتبطة، لكن تسمياتها ووحداتها مختلفة. [3][4][5]
للحسابات التعليمية هنا نستخدم كتلة مولية للحديد تقارب M=55.845g/mol. إذا كانت كمية المادة n=0.125mol، فإن m=nM=0.125×55.845=6.980625g، أي نحو 6.98 غ عند عرض ثلاث خانات معنوية. الناتج كتلة عينة مفترضة من الحديد، وليس كتلة ذرة واحدة. [5]
ولو كان السؤال عن نظير نقي أو عن سبيكة، نراجع ما تمثله العينة؛ لا نضع الكتلة المولية للحديد الطبيعي مكان كتلة نظير محدد، ولا نفترض أن كل غرامات السبيكة حديد. اقرأ اسم الكمية ووحدتها وتركيب المادة قبل التعويض.
المصادر ومتابعة القراءة
- CIAAW: الوزن الذري القياسي للحديد ونظائره (يفتح في نافذة جديدة)ciaaw.org
- NIST: كتل نظائر الحديد ووفرتها (يفتح في نافذة جديدة)physics.nist.gov
- USGS: لماذا الوزن الذري كمية بلا وحدة (يفتح في نافذة جديدة)pubs.usgs.gov
- OpenStax Chemistry 2e: هوية الذرة والنظائر والمتوسط الموزون (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- OpenStax Chemistry 2e: الكتلة المولية والتحويل بين المولات والغرامات (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.