什麼是平均原子質量?
元素的平均原子質量(又稱原子量)是該元素所有天然存在同位素質量的加權平均值。由於同一元素的不同同位素中子數不同,質量也會有所差異。週期表上標示的數值,正是把每一種同位素在自然界中的相對豐度納入考量後,加權計算所得的結果。
如何使用本計算機
請輸入元素中每一種同位素的質量(以原子質量單位 amu 表示)以及天然百分比豐度。最多可輸入三種同位素,用不到的欄位留白即可。各同位素的豐度加總應接近 100%。輸入完成後按下計算,即可得到該元素的平均原子質量。
公式解析
平均原子質量的計算方式如下:
這裡的分數豐度,就是百分比豐度除以 100 後得到的小數。換句話說,將每一種同位素的質量乘上對應的小數豐度,再把所有乘積相加,就能得到一個代表該元素在自然界整體狀態的加權平均值。
實例演練:氯
氯有兩種穩定同位素。氯-35 的質量為 34.96885 amu,豐度為 75.77%;氯-37 的質量為 36.96590 amu,豐度為 24.23%。
這個結果與週期表上氯約為 35.45 amu 的數值相符。
常見元素的同位素質量和天然丰度
以下數值是由 IUPAC/CIAAW 發佈的標準同位素質量(以統一原子質量單位 u 表示)和代表性天然百分比豐度。豐度在地球樣本之間略有差異,因此所示的數字是廣泛使用的代表性數值。列出了每種元素的穩定同位素;一種元素的同位素的豐度總和為 100%。
| 元素 | 同位素 | 同位素質量 (u) | 豐度 (%) |
|---|---|---|---|
| 氫 | ¹H | 1.007825 | 99.9885 |
| ²H (D) | 2.014102 | 0.0115 | |
| 硼 | ¹⁰B | 10.012937 | 19.9 |
| ¹¹B | 11.009305 | 80.1 | |
| 碳 | ¹²C | 12.000000 | 98.93 |
| ¹³C | 13.003355 | 1.07 | |
| 鎂 | ²⁴Mg | 23.985042 | 78.99 |
| ²⁵Mg | 24.985837 | 10.00 | |
| ²⁶Mg | 25.982593 | 11.01 | |
| 矽 | ²⁸Si | 27.976927 | 92.23 |
| ²⁹Si | 28.976495 | 4.68 | |
| ³⁰Si | 29.973770 | 3.09 | |
| 氯 | ³⁵Cl | 34.968853 | 75.76 |
| ³⁷Cl | 36.965903 | 24.24 | |
| 銅 | ⁶³Cu | 62.929598 | 69.15 |
| ⁶⁵Cu | 64.927790 | 30.85 | |
| 溴 | ⁷⁹Br | 78.918338 | 50.69 |
| ⁸¹Br | 80.916290 | 49.31 |
重要術語和定義
- 同位素
- 同一元素的原子(質子數相同),但中子數不同,因此質量也不同。例如,³⁵Cl 和 ³⁷Cl 都是氯。
- 質量數 (A)
- 原子核中質子加中子的總數,寫成核素符號中的上標(例如 ¹²C 中的 12)。它是一個整數,用來標記同位素。
- 原子質量單位 (amu、u 或 Dalton)
- 用於原子級別質量的標準單位,定義為中性 ¹²C 原子質量的恰好 1/12。1 u ≈ 1.66054 × 10⁻²⁴ g。符號 amu、u 和 Da(Dalton)都指同一個單位。
- 同位素質量
- 用 u 表示的單個同位素的實際測量質量。由於核結合能和質子/中子質量差異,它接近但不完全等於質量數(例如 ¹¹B 的同位素質量為 11.0093 u)。
- 百分比豐度
- 元素原子中是給定同位素的比例,以百分比形式表示 (0–100%)。一種元素所有同位素的豐度加起來等於 100%。
- 分數豐度
- 表示為十進制分數 (0–1) 而不是百分比的相同數量 — 只需將百分比豐度除以 100。使用分數豐度可以直接得到加權和,無需除以 100。
- 平均原子質量(原子量)
- 元素同位素質量的豐度加權平均值,單位為 u。這是周期表上列印的數值,用於莫爾計算中的摩爾質量 (g/mol)。其計算方式為 \bar{M} = \sum (同位素質量 × 分數豐度)。
使用注意事項與精準校對原則(6 大核心守則)
📐 1. 嚴格對齊輸入量綱與單位
輸入各項數值時請務必確認量綱(例如小時、天數、金額、百分比),避免單位不匹配引發推算偏差。
🔒 2. 純前端本機毫秒級隱私保障
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📊 3. 符合公認學術與產業計算模型
演算法嚴格遵循國際通用數學公式與標準計算模型,經多重情境交叉核對,數值嚴密精確。
📋 4. 一鍵複製與免登入 PDF 匯出
支援一鍵複製推算結果字串至剪貼簿,亦可直接點擊列印按鈕輸出純淨 PDF 工作報表。
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