Relative Atommassen

Wie bereits im Kapitel Atomaufbau erläutert wurde, wird die hauptsächliche Masse eines Atoms durch die Nukleonen (= Kernteilchen, Protonen und Neutronen) bestimmt. Sieht man aber im Periodensystem nach der Masse des jeweiligen Elementes, so ergeben sich teilweise auffällige Abweichungen von der theoretischen Atommasse (Summe der Masse der Kernbausteine), selbst wenn man die Masse der Elektronen mit einberechnen würde. Dies hat zwei Gründe, erstens den Massendefekt und zweitens sind im Periodensystem nur relative Atommassen angegeben. Nachfolgend soll nun auf diese beiden Gründe eingegangen werden.

Massendefekt

Bestimmt man für ein Isotop die Summe der Masse der Kernbausteine, stimmt diese nicht mit der (genauen) Atommasse überein. Grund hierfür ist der Massendefekt, der sich auf Grundlage der berühmten Formel E = m · c² von Albert Einstein erklären lässt. Diese Formel findet sich in Lehrbüchern auch unter: “Äquivalenz von Masse und Energie” und besagt, dass Masse und Energie voneinander nicht unabhängig sind, d.h wird Energie freigesetzt, nimmt auch die Masse ab (dies allerdings nur im atomaren Bereich und nicht makroskopischen Bereich)

So kann man als Faustregel annehmen, dass Atomkerne aufgrund der “Bindungsenergie” ca. 1 % masseärmer sind als die Summe der ungebundenen Kernbausteine.
Dies kann man sich z.B. für das Chlor-Isotop Cl-35 betrachten, rechnet man die Summe der Masse der einzelnen Kernbausteine erhält man als Ergebnis ca. 35,00 u. Sieht man in einem Tabellenwerk nach, so lässt sich ein Wert von 34,97 u finden.

Angabe von relativen Atommassen im Periodensystem

Die Atommasse “1u” ist so definiert, dass das Kohlenstoffisotop C-12 eine relative Atommasse von 12 u hat. Sieht man im Periodensystem nach der Masse von Kohlenstoff, findet man 12,011 u (Kohlenstoff hat 6 Elektronen und ein Elektron hat ca. die Masse 1/2000 u, somit kann die zusätzliche Masse nicht von den Elektronen stammen). Die Erklärung ist relativ einfach, im Periodensystem sind keine Atommassen von Isotopen angegeben, sondern relative Atommassen von Elementen. Ein natürliches Element besteht immer aus einer Mischung mehrerer Isotope, daher berechnet sich die relative Atommasse im Periodensystem aus den prozentualen Anteilen der einzelnen Isotope des jeweiligen Elementes:

relative Masse = Summe aus (relative Atommasse Isotop · Häufigkeit des Isotopes im natürlichen Element) : 100
Ein Beispiel, an dem sich dies verdeutlichen lässt ist das Element Chlor.
Chlor besteht aus den Isotopen Cl-35 und Cl-37. Aus Tabellenwerken (wie Wikipedia.de) findet man die Angaben der relativen Häufigkeit der Isotope.
Danach beträgt die Häufigkeit von Cl-35 ca. 75,77% und von Cl-37 ca. 24,23%.
Als Ergebnis für die Berechnung der Isotopenmassen erhält man für Cl-35 ca. 34,97 u und für Cl-37 ca. 36,97 u.
Setzt man nun diese Werte in die obige Formel ein erhält man als Ergebnis:

M = (75,77 · 34,97 u  +  24,23 · 36,97 u) : 100 = 35,45 u
Sieht man nun nach der Masse von Chlor im Periodensystem nach, stimmt das Ergebnis aus der vorangegangenen Rechnung mit dem Wert überein.

Anmerkung:
Die Isotopenverteilung ist durch die physikalische Entstehung der Elemente bedingt und daher einheitlich auf der Erde (die relative Atommasse ist somit eine Konstante, sofern das Element nicht künstlich verändert wurde).


Relative Atommassen – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist die Definition der „Relativen Atommassen“?

Die Relative Atommasse (Ar) ist definiert als die Masse eines Atoms, verglichen mit der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms.

2. Was ist der Unterschied zwischen relativer Atommasse und Isotopmasse?

Die Isotopmasse ist die Masse eines spezifischen Isotops, während die Relative Atommasse ein gewichteter Durchschnitt aller natürlich vorkommenden Isotope eines Elements ist.

3. Warum wird Kohlenstoff-12 als Referenz für die Bestimmung der relativen Atommasse verwendet?

Kohlenstoff-12 wird als Referenz in der Berechnung der relativen Atommasse verwendet, da es mit der Anzahl der Protonen und Neutronen gleich 12 ist, was es als stabiles Isotop bestimmt.

4. Wie berechnet man die relative Atommasse?

Die Relative Atommasse kann berechnet werden, indem man die Isotopenmassen und ihre natürlichen Häufigkeiten miteinbezieht und einen gewichteten Durchschnitt berechnet.

5. Wie kann die relative Atommasse in der Chemie nützlich sein?

Die Relative Atommasse ist nützlich, um die molekulare Masse von Verbindungen und die stöchiometrischen Beziehungen in chemischen Reaktionen zu bestimmen.

6. Was ist das Einheitensymbol für die relative Atommasse?

Die Relative Atommasse hat kein Einheitensymbol, da sie eine dimensionslose Größe ist. Sie wird oft lediglich mit der Zahl und dem Elementsymbol angegeben.

7. Wenn ein Element mehrere Isotope hat, wie wird dann seine relative Atommasse bestimmt?

Wenn ein Element mehrere Isotope hat, wird seine Relative Atommasse durch einen gewichteten Durchschnitt der Massen dieser Isotope gemäß ihrer natürlichen Häufigkeit bestimmt.

8. Wo können Werte für relative Atommassen gefunden werden?

Die Werte für Relative Atommassen können im Periodensystem der Elemente gefunden werden.

9. Wie hängt die relative Atommasse mit dem Molverhältnis zusammen?

Das Molverhältnis einer chemischen Reaktion kann unter Verwendung der relativen Atommasse berechnet werden, da das Molverhältnis das Verhältnis der Atommassen der Reaktanden ist.

10. Warum variiert die relative Atommasse zwischen verschiedenen Elementen?

Die Relative Atommasse variiert zwischen verschiedenen Elementen aufgrund der Unterschiede in der Anzahl der Protonen und Neutronen in den Atomkernen der Elemente, was zu unterschiedlichen Atommassen führt.

Autor: , Letzte Aktualisierung: 03. Februar 2024