Nous définissons la masse atomique d'un élément chimique comme la masse moyenne pondérée de tous les isotopes naturels du même élément. Ce calcul est effectué en tenant compte de sa prévalence naturelle (pourcentage) dans la croûte terrestre et l'atmosphère.
Cette masse est celle qui est présentée dans le tableau périodique de D. Mendeleïev et est utilisée dans les calculs stoechiométriques.
Il est important de faire la distinction entre le nombre de masse et le numéro atomique. Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons dans le noyau d'un atome, tandis que le numéro atomique est le nombre de protons dans le noyau. La masse atomique relative est basée sur le nombre de masse des isotopes d'un élément.
Unités de mesure de la masse atomique
La masse atomique est exprimée en unités de masse atomique unifiée (u) ou daltons (Da). Bien que le kilogramme (kg) soit l'unité de masse du Système international (SI)
En chimie, l'unité de masse atomique est utilisée car les masses des atomes individuels sont extrêmement petites et difficiles à manipuler dans le contexte des réactions chimiques.
Masse supérieure à un atome
Tous les isotopes d'un même élément n'ont pas la même masse car ils n'ont pas le même nombre de masse, qui est la somme des protons et des neutrons. En plus de la masse de la différence du nombre de protons et de neutrons, il y a la masse qui dépend de l'énergie de liaison de ces sous-particules.
La différence entre la masse de l'isotope et son nombre de masse est appelée la masse en excès (généralement exprimée en Me eV). Cette valeur peut être positive ou négative.
Ne confondez pas le nombre de masse avec le numéro atomique, qui n'est que le nombre de protons dans un noyau.
Masse atomique relative
La masse atomique relative est définie par rapport à un étalon, qui est l'isotope du carbone 12. Il est établi que la masse relative d'un élément est le rapport entre la masse de l'élément et 1/12 de la masse de l'isotope du carbone 12. Le carbone 12 est choisi comme étalon car il a une masse de 12 unités de masse atomique unifiée (u) ou 12 daltons (Da).
Ce concept de masse relative montre combien de fois la masse d'un élément donné est supérieure à la masse atomique d'un autre élément pris comme unité de masse.
Son utilisation est due au fait que la masse absolue est une quantité extrêmement faible et difficile à manipuler. Par conséquent, en chimie, il est beaucoup plus pratique d'utiliser cette valeur relative.
Cette unité de mesure de masse non systémique est appelée unité de masse atomique unifiée (u) ou dalton (Da) d'après John Dalton.
Exemples de masses atomiques
Voici quelques exemples de masses atomiques de certains éléments du tableau périodique :
| Élément chimique | Masse atomique (u) |
|---|---|
|
Carbone |
12.0107 |
|
Hydrogène |
1.00784 |
|
Oxygène |
15 999 |
|
Chlore |
35 453 |
|
Soufre |
32.06 |
|
Azote |
14.00674 |
|
Sodium |
22.98977 |
A quoi sert la masse atomique ?
Voici quelques raisons pour lesquelles la masse atomique est importante :
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Calculs stoechiométriques : utilisés pour déterminer les relations quantitatives entre les réactifs et les produits dans une réaction chimique.
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Composition des composés : permet de déterminer la composition des composés chimiques. En connaissant les masses atomiques des éléments présents dans un composé, il est possible de calculer le rapport dans lequel ils se combinent.
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Détermination des formules moléculaires : En comparant les masses relatives des éléments d'un composé, vous pouvez en déduire le rapport des atomes et écrire la formule moléculaire correspondante.
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Stœchiométrie des gaz : Dans l'étude des gaz, la masse atomique est utilisée pour effectuer des calculs de volume et de masse dans des conditions spécifiques, telles que la loi des gaz parfaits. Il permet de mettre en relation la masse et le volume des gaz avec leur masse molaire et leur volume molaire.
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Analyse chimique : avec elle, il est possible de déterminer la quantité d'une substance présente dans un échantillon. La relation entre la masse d'une substance et la quantité de substance est basée sur la masse atomique.