يلعب مفهوم الكتلة النسبية دورًا محوريًا في مجال الكيمياء، خاصة عندما نتعمق في العالم المجهري للذرات والجزيئات. فهو يوفر طريقة لقياس كتلة الذرات والجزيئات ومقارنتها، والتي تكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها مباشرة بالمقاييس التقليدية. في هذا الدرس، سنستكشف معنى الكتلة النسبية، وكيفية تعريفها، وأهميتها في فهم التركيب الذري والجزيئي.
في جوهرها، الكتلة النسبية هي كمية بلا أبعاد تخبرنا بمقدار وزن ذرة أو جزيء واحد مقارنة بآخر. عادة ما يتم إجراء هذه المقارنة فيما يتعلق بنظير الكربون 12، الذي تم تعيين كتلة ذرية نسبية له بالضبط 12 وحدة. ومن خلال القيام بذلك، يكون لدى الكيميائيين نقطة مرجعية قياسية لمقارنة كتل الذرات والجزيئات المختلفة. هناك فئتان رئيسيتان للكتلة النسبية التي تعتبر حاسمة في الكيمياء: الكتلة الذرية النسبية والكتلة الجزيئية النسبية.
تُعرف الكتلة الذرية النسبية (Ar) للعنصر بأنها متوسط كتلة ذرات العنصر، مع مراعاة الوفرة الطبيعية لنظائره، مقارنة بـ 1/12 من كتلة ذرة الكربون-12. رياضيا يمكن التعبير عنها على النحو التالي:
\(A_r = \frac{\textrm{متوسط كتلة ذرة العنصر}}{\frac{1}{12}\times \textrm{كتلة ذرة الكربون 12}}\)على سبيل المثال، الكتلة الذرية النسبية للهيدروجين، بالنظر إلى نظائره، تبلغ حوالي 1.008. وهذا يعني أن ذرة الهيدروجين، في المتوسط، أثقل بحوالي 1.008 مرة من ذرة الكربون-12.
وبالمثل، فإن الكتلة الجزيئية النسبية (Mr) للجزيء هي مجموع الكتل الذرية النسبية للذرات الموجودة في ذلك الجزيء. إذا كان الجزيء يتكون من عدة ذرات، فإننا ببساطة نجمع الكتل الذرية النسبية لكل ذرة لإيجاد الكتلة النسبية للجزيء. وهذا مفيد بشكل خاص للجزيئات التي تتكون من أنواع مختلفة من الذرات. على سبيل المثال، الماء (H₂O) لديه كتلة جزيئية نسبية تبلغ حوالي 18.015 (2 × 1.008 للهيدروجين + 15.999 للأكسجين).
المول هو وحدة يستخدمها الكيميائيون لربط العالم المجهري للذرات والجزيئات مع العالم المجهري الذي يمكننا ملاحظته وقياسه. يحتوي المول الواحد من أي مادة على 6.022 × 10²³ من جزيئات تلك المادة، سواء كانت ذرات أو جزيئات أو أيونات أو إلكترونات. يُعرف هذا الرقم برقم أفوجادرو. كتلة المول الواحد من المادة، معبرا عنها بالجرام، تساوي كتلتها الذرية أو الجزيئية النسبية. وهذا يجعل الشامات طريقة عملية للغاية لقياس المواد في المختبر.
لحساب عدد المولات ( \(n\) ) في كتلة معينة ( \(m\) ) من المادة، نستخدم الصيغة:
\(n = \frac{m}{M_r}\)حيث \(M_r\) هي الكتلة المولية للمادة، والتي تساوي عدديًا كتلتها الجزيئية النسبية ولكن يتم التعبير عنها بالجرام لكل مول (جم/مول). على سبيل المثال، للعثور على عدد المولات في 36 جرامًا من الماء، نستخدم الكتلة الجزيئية النسبية للماء (18.015 جم/مول):
\(n = \frac{36}{18.015} \approx 2 \textrm{ حيوانات الخلد}\)يعد فهم الكتلة النسبية والشامات أمرًا أساسيًا في إجراء التفاعلات والتجارب الكيميائية. على سبيل المثال، عند دمج العناصر لتكوين مركبات، فإن معرفة الكتل النسبية للعناصر تسمح للكيميائيين بخلطها بالنسب الدقيقة اللازمة للتفاعل. وهذا يضمن استهلاك جميع المواد المتفاعلة بالكامل، مع عدم وجود زيادة في أي مادة متفاعلة واحدة.
الكتلة النسبية، التي تشمل الكتلة الذرية النسبية والكتلة الجزيئية النسبية، هي مفهوم حاسم في الكيمياء يسهل مقارنة المواد وقياسها ومعالجتها على المستوى الذري والجزيئي. ومن خلال ربط هذه الكميات المجهرية بالعالم العياني من خلال مفهوم الشامات، يستطيع الكيميائيون حساب نتائج التفاعلات والعمليات الكيميائية والتنبؤ بها بدقة. هذا الفهم ليس ضروريًا للاستكشاف العلمي فحسب، بل أيضًا للتطبيقات العملية مثل الطب والهندسة وعلوم البيئة.
