Warum ist die Atommasse eine Dezimalzahl?

Warum die Atommasse im Periodensystem eine Dezimalzahl ist: Ein tieferer Einblick

Das Periodensystem ist eine der grundlegendsten Darstellungen der Elemente und ihrer Eigenschaften. Eine der Informationen, die es für jedes Element liefert, ist die Atommasse. Aber warum ist diese Atommasse fast immer eine Dezimalzahl und nicht eine ganze Zahl? Die Antwort liegt in der Existenz von Isotopen und der Art und Weise, wie die Atommasse berechnet wird.

Die Welt der Isotope: Atome des gleichen Elements mit unterschiedlicher Masse

Um das Phänomen der dezimalen Atommassen zu verstehen, müssen wir uns zunächst mit dem Konzept der Isotope auseinandersetzen. Isotope sind Atome desselben Elements, die die gleiche Anzahl von Protonen (und somit die gleiche Ordnungszahl) besitzen, sich aber in der Anzahl der Neutronen in ihrem Kern unterscheiden. Da die Anzahl der Neutronen die Masse eines Atomkerns beeinflusst, haben verschiedene Isotope eines Elements unterschiedliche Massen.

Nehmen wir beispielsweise Chlor (Cl). Chlor hat die Ordnungszahl 17, was bedeutet, dass jedes Chloratom 17 Protonen besitzt. Allerdings existieren in der Natur zwei stabile Chlorisotope: Chlor-35 (³⁵Cl) mit 18 Neutronen und Chlor-37 (³⁷Cl) mit 20 Neutronen. Beide sind Chlor, aber ihre Massen unterscheiden sich.

Die Atommasse: Ein gewichteter Durchschnitt

Die Atommasse, die im Periodensystem für ein Element angegeben wird, ist nicht die Masse eines einzelnen Atoms eines bestimmten Isotops. Stattdessen ist sie die gewichtete Durchschnittsmasse aller natürlich vorkommenden Isotope dieses Elements.

“Gewichtet” bedeutet in diesem Kontext, dass die Häufigkeit jedes Isotops bei der Berechnung der Atommasse berücksichtigt wird. Ein Isotop, das häufiger vorkommt, hat einen größeren Einfluss auf den Durchschnitt als ein Isotop, das seltener ist.

Die mathematische Formel

Die Berechnung der Atommasse erfolgt nach folgender Formel:

Atommasse = (Masse von Isotop 1 * relative Häufigkeit von Isotop 1) + (Masse von Isotop 2 * relative Häufigkeit von Isotop 2) + ...

Und so weiter für alle natürlich vorkommenden Isotope des Elements.

Chlor als Beispiel: Die Berechnung der Atommasse

Im Fall von Chlor beträgt die relative Häufigkeit von Chlor-35 etwa 75,76 % und die von Chlor-37 etwa 24,24 %. Die Atommasse von Chlor berechnet sich also wie folgt:

Atommasse (Cl) = (34,9688 u * 0,7576) + (36,9659 u * 0,2424) = 35,45 u

(Hinweis: “u” steht für atomare Masseneinheit)

Wie wir sehen, ist die resultierende Atommasse von Chlor 35,45 u, eine Dezimalzahl. Dies liegt daran, dass sie den gewichteten Durchschnitt der Massen der beiden Chlorisotope widerspiegelt, wobei das häufigere Isotop (Chlor-35) einen größeren Einfluss auf den Wert hat.

Warum ist das wichtig?

Die Kenntnis der Atommasse ist entscheidend für verschiedene Berechnungen in der Chemie, insbesondere bei der Berechnung von Molmassen und der Durchführung stöchiometrischer Berechnungen. Da chemische Reaktionen in makroskopischen Mengen ablaufen, müssen wir die durchschnittliche Masse der Atome berücksichtigen, nicht die Masse eines einzelnen Isotops.

Fazit

Die Atommasse im Periodensystem ist eine Dezimalzahl, weil sie die gewichtete Durchschnittsmasse aller natürlich vorkommenden Isotope eines Elements widerspiegelt. Obwohl jedes einzelne Isotop eine Masse hat, die nahe an einer ganzen Zahl liegt, führt die Mischung verschiedener Isotope und ihre unterschiedlichen Häufigkeiten zu einer Atommasse, die fast immer eine Dezimalzahl ist. Dieses Konzept ist ein wichtiger Bestandteil des Verständnisses der Zusammensetzung von Materie und ein Schlüsselwerkzeug in der Welt der Chemie.