มวลอะตอม
ปริมาณสารสัมพันธ์ (stoichiometry) มาจากภาษากรีก 2 คำ คือ stoicheion แปลว่า ธาตุ และ metron แปลว่า การวัด
ปริมาณสารสัมพันธ์ เป็นคำศัพท์ที่ใช้ระบุความสัมพันธ์เชิงปริมาณขององค์ประกอบของสารและปฏิกิริยา หรือ สมการเคมีที่เกี่ยวข้อง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเพราะใช้คาดคะเนหรือคำนวณปริมาณขอองสารที่ต้องใช้เป็นสารตั้งต้น (reactant) เพื่อให้ได้ปริมาณสารผลิตภัณฑ์ (product) ตามต้องการ หรือใช้บอกว่าสารตั้งต้นจะทำปฏิกิริยาหมดหรือมีเหลือและปฏิกิริยาจะได้ผลผลิตอย่างมากที่สุดเท่าใด ดังนั้น ปริมาณสารสัมพันธ์จึงหมายถึง การวัดปริมาณของสารต่าง ๆ โดยเฉพาะปริมาณของสารที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีทั้งของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ตลอดจนปริมาณของพลังงานของสารที่เปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาเคมี
การวัดธาตุในที่นี้ เริ่มจากการหามวลของธาตุ ซึ่งเราทราบแล้วว่าธาตุมีอนุภาคมูลฐาน 3 อนุภาค คือ โปรตรอน อิเล็กตรอน และนิวตรอน โดยธาตุทั้ง 3 มีมวล ดังนี้
โปรตรอน (p) มีมวลประมาณ 1.6726 X 10-24 g
นิวตรอน (n) มีมวลประมาณ 1.6749 X 10-24 g
อิเล็กตรอน (e) มีมวลประมาณ 9.1096 X 10-28 g
จะเห็นว่า อิเล็กตรอน มีมวลน้อยที่สุด ในการคำนวณจึงไม่นำไปคิดมวลของธาตุ มวลของธาตุจึงคิดเพียง โปรตรอน และ นิวตรอน ซึ่งอนุภาคทั้งสองอยู่ในนิวเคลียส
ในการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์ต้องอาศัยข้อมูลจากตารางธาตุ เพื่อจะได้ทราบว่าธาตุที่มารวมกันเป็นสารประกอบนั้นมีมวลเท่าใด เราทราบได้จาก เลขมวล หรือ มวลอะตอม ของธาตุ แต่มวลอะตอม ไม่ใช่มวลที่แท้จริง เราต้องนำ มวลของอนุภาคไปคูณด้วยจำนวนอนุภาคที่มีผลต่อน้ำหนัก ซึ่งก็คือ เลขมวล X 1.66 X 10-24 g
มวลอะตอม (อังกฤษ: Atomic mass) คือมวลของอะตอมหรือไอโซโทปอย่างหนึ่งของธาตุใด ๆ มีหน่วยเป็น หน่วยมวลอะตอมหรือเอเอ็มยู (Atomic Mass Unit - AMU) โดย 1 เอเอ็มยู มีค่า 1.66 x 10-24 กรัม โดยน้ำหนักนี้เทียบมาจาก ไฮโดรเจนอะตอม 1 อะตอม หรือ 1/12 ของคาร์บอน-12 1 อะตอม หรือ 1/16 ของออกซิเจนอะตอม 1 อะตอม
นักวิทยาศาสตร์หลายคน เช่น ดอลลัน เก - ลูซัก ลาวัวซิเอและอาโวกาโดร ให้ความสนใจศึกษามวลอะตอมของธาตุ โดยสังเกตการณ์รวมตัวของธาตุเมื่อเกิดเป็นสารประกอบ พบว่าธาตุเหล่านั้นจะรวมตัวด้วยอัตราส่วนจำนวนอะตอม หรืออัตราส่วนโดยมวลคงที่ สำหรับดอลตัน นั้นเชื่อว่าอะตอมของธาตุต่างชนิดกันมีมวลไม่เท่ากัน จึงได้พยายามหามวลอะตอมของแต่ละธาตุ แต่เนื่องจากอะตอมมีขนาดเล็กมาก (ปัจจุบันพบว่ามีรัศมีอะตอมยาวประมาณ 
เมตรเท่านั้น) อะตอมที่เบาที่สุดคืออะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีมวลประมาณ 
กรัม และอะตอมที่หนักที่สุดมีมวลประมาณ 250 เท่าของมวลนี้ ทำให้ไม่สามารถชั่งมวลของอะตอมโดยตรงได้ ดอลตันจะหามวลอะตอมของธาตุโดยใช้วิธีการเปรียบเทียบว่า อะตอมของธาตุที่ต้องการศึกษามีมวลเป็นกี่เท่าของอะตอมของธาตุที่กำหนดให้เป็นมาตรฐาน
เมตรเท่านั้น) อะตอมที่เบาที่สุดคืออะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีมวลประมาณ กรัม และอะตอมที่หนักที่สุดมีมวลประมาณ 250 เท่าของมวลนี้ ทำให้ไม่สามารถชั่งมวลของอะตอมโดยตรงได้ ดอลตันจะหามวลอะตอมของธาตุโดยใช้วิธีการเปรียบเทียบว่า อะตอมของธาตุที่ต้องการศึกษามีมวลเป็นกี่เท่าของอะตอมของธาตุที่กำหนดให้เป็นมาตรฐาน
ดอลตันเสนอให้ใช้ธาตุไฮโดรเจนซึ่งมีมวลน้อยที่สุดเป็นธาตุมาตรฐานในการเปรียบเทียบหามวลอะตอมของธาตุโดยกำหนดให้ธาตุไฮโดรเจน 1 อะตอมมีมวล 1 หน่วย ตัวเลขที่ได้จากการเปรียบเทียบมวลของธาตุ1อะตอม กับมวลของธาตุมาตรฐาน 1 อะตอม เรียกว่า มวลอะตอมของธาตุ
ต่อมามีผู้เสนอให้ใช้ธาตุออกซิเจนเป็นมาตรฐานแทนธาตุไฮโดรเจนเพราะว่าธาตุออกซิเจนอยู่เป็นอิสระในบรรยากาศและทำปฏิกิริยากับธาตุอื่นๆได้ง่าย แต่ธาตุออกซิเจน 1 อะตอม มีมวลเป็น 16 เท่าของไฮโดรเจน 1 อะตอม
มวลอะตอมของคาร์บอน = 
= 11.8670+0.1441
= 12.0111
มวลอะตอมของคาร์บอนที่คำนวณได้เป็นค่ามวลอะตอมเฉลี่ยของคาร์บอน จึงจะสอดคล้องกับค่ามวลอะตอมของธาตุที่ปรากฏในตารางธาตุ ดังนั้น ค่ามวลอะตอมของธาตุใดๆ เป็นตารางธาตุจึงมีค่ามวลอะตอมเฉลี่ยซึ่งขึ้นอยู่กับค่ามวลอะตอมและปริมาณของไอโซโทปที่พบอยู่ในธรรมชาติ ปัจจุบันนี้การหามวลอะตอมและปริมาณของแต่ละไอโซโทปของธาตุจะใช้เครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์ส่วนประกอบหลักของออุปกรณ์และการทำงานในเครื่องแมสสเปกโทรมิเตอร์รูปแบบหนึ่งแสดงดังรูป 4.1 ก
วิธีการและการทำงานของเครื่องเป็นดังนี้คือ ทำให้อะตอมของสารตัวอย่างในสถานะแก๊สแตกตัวเป็นไอออนบวกโดยใช้ลำอิเล็กตรอนพลังงานสูงยิงไปที่สารตัวอย่าง ไอออนบวกที่แตกตัวออกมานี้มีทั้งประจุ (e) และมวล (m) เมื่อผ่านแผ่นเร่งอนุภาคที่เป็นสนามไฟฟ้า จะทำให้มีความเร็วเพิ่มขึ้นและผ่านเข้าไปในสนามแม่เหล็ก ไอออนบวกจะถูกเบนจากแนวเส้นตรงเป็นเส้นโค้ง รัศมีของเส้นโค้งขึ้นอยู่กับค่า e/m ของไอออนโดยไอออนที่มีค่า e/m ต่ำจะเดินทางโค้งเป็นวงกว้างกว่าไอออนที่มี e/m สูง สำหรับไอออนที่มีประจุเท่ากันแต่มีมวลแตกต่างกัน วิธีการนี้ก็สามารถแยกได้โดยไอออนหนักจะโค้งเป็นวงมากกว่าไอออนเบา เมื่อไอออนทั้งหมดมาตกกระทบกับอุปกรณ์ตรวจสอบ ซึ่งอาจใช้แผ่นฟิล์มหรือเครื่องบันทึกอิเล็กทรอนิกส์และบันทึกเป็นความเข้มหรือกระแส ปริมาณความเข้มหรือกระแสจะเป็นปฏิภาคตรงกับจำนวนไอออนที่ตกกระทบกับอุปกรณ์ตรวจสอบ โดยวิธีการเช่นนี้จึงสามารถบอกปริมาณไอโซโทปที่มีอยู่ในธาตุที่นำมาตรวจสอบได้ ตัวอย่างแมสสเปกตรัมของนีออนซึ่งเป็นข้อมูลที่ได้จากการวัดโดยเครื่องแมสสแปกโทรมิเตอร์
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น