به کمک طیف‌سنج جرمی mass spectroscopy، جرم مطلق اتم‌ها بدست می‌آید. سپس برای هر اتم که دارای چندین ایزوتوپ است، جرم اتمی میانگین محاسبه شده به عنوان جرم اتم گزارش می شود. این دستگاه اولین بار برای بررسی ایزوتوپ‌ها از مورد استفاده قرار گرفت. دستگاه‌هایی از این نوع توسط استون و دمپستر با پیروی از اصول روش‌هایی که تامسون ارائه کرده بود ساخته شد. اگر عنصری شامل چند نوع اتم با جرم‌های متفاوت ( ایزوتوپ‌ها ) باشد ، این تفاوت در مقادیر e / m یا q/m یون‌های مثبت حاصل از این اتم‌ها پدیدار می‌گردد . طیف نگار جرمی یون‌ها را بر حسب مقادیر نسبت بار به جرم ، از یکدیگر جدا می‌کند ، و سبب می‌شود که یون‌های مثبت متفاوت در محل‌های مختلف روی یک صفحه


عکاسی اثر کنند . وقتی دستگاه کار می‌کند ، اتم‌های بخار ماده مورد مطالعه در معرض بمباران الکترونی قرار گرفته و به یون‌های مثبت تبدیل می‌شوند . این یون‌ها بر اثر عبور از یک میدان الکتریکی ، به قدرت چندین هزار ولت ، شتاب پیدا می‌کنند . اگر ولتاژ این میدان ثابت نگهداشته شود ، تمام یون‌هایی که مقدار e / m مساوی دارند با سرعت مساوی وارد یک میدان مغناطیسی می‌شوند . این سرعت شعاع مسیر یون را در میدان مغناطیسی تعیین می‌کند . اگر شدت میدان مغناطیسی و ولتاژ شتاب دهنده ثابت نگهداشته شوند ، تمام یون‌هایی که مقدار e / m مساوی دارند ، در یک محل بر روی صفحه عکاسی متمرکز می‌شوند ولی یون‌هایی که مقدار e / m متفاوت دارند در محلهای مختلف روی صفحه عکاسی متمرکز می‌شوند . هرگاه یک وسیله الکتریکی که شدت اشعه یونی را اندازه می‌گیرد ، جای‌گزین صفحه عکاسی شود ، دستگاه را طیف سنج جرمی می‌نامیم . با استفاده از طیف سنج جرمی می‌توان هم جرم اتمی دقیق ایزوتوپ‌ها و هم ترکیب ایزوتوپی عناصر ( انواع ایزوتوپ‌های موجود و مقدار نسبی هر یک ) را تعیین کرد . درواقع طرز کار طیف سنج جرمی، مانند لامپ اشعه‌ کاتدی است که تامسون از آن بهره گرفت و نسبت بار به جرم الکترون را به دست آورد.
پس وقتی که یک یون با بار الکتریکی معلوم e و جرم m با سرعت v وارد یک میدان مغناطیسی می‌شود ، از مسیر مستقیم خود منحرف می‌شود و مسیرش هلال یا دایره‌ای می‌شود که شعاع آن r می‌باشد. مقدار r از رابطه زیر بدست می‌آید: (1) r=mv/He که در آن H شدت میدان مغناطیسی است.همانطور که از رابطه بالا مشخص است هر چه شدت میدان و بار الکتریکی ذره بیشتر باشد r کوچکتر می‌شود. کوچکتر شدن r به معنای بیشتر شدن انحراف از مسیر مستقیم است. از طرف دیگر چون r با m , v رابطه مستقیم دارد پس هر چه سرعت و جرم ذره بیشتر باشد انحراف ذره کمتر می‌شود. اگر رابطه فوق را کمی جابجا کنیم رابطه زیر بدست می‌آید: (2) e/mv=1/Hr می‌توان مقدار r را برای انحراف اشعه کاتدی در یک میدان مغناطیسی با شدت معین معلوم کرد و از آنجا توانست مقدار e/mv را بدست آورد. اما برای بدست آوردن e/m باید مقدار v را نیز معین کرد. یکی از روشهایی که تامسون برای پیدا کردن مقدار v به کار برد مطالعه‌ی اشعه‌ی کاتدی در لامپی بود که در امتداد آن میدانهای الکتریکی و مغناطیسی همزمان و عمود بر هم برقرار شده بود. طبق روابط فیزیک وریاضی سرعت الکترون از رابطه زیر بدست می‌آید: V=E/H (3) که در آن E شدت میدان الکتریکی و H شدت میدان مغناطیسی است.با قرار دادن رابطه (3) در فرمول (2) رابطه زیر بدست آورد: e/m=E/(H**2)r . با معلوم بودن بار الکتریکی و دانستن سایر پارامترهای مربوط به آزمایش می‌توان جرم یونها در طیف‌سنج جرمی را بدست آورد.

واحد برای بیان جرم اتمی:
همانطور که می دانید هرگز نمی توان یک اتم را جدا کرده، آن را در ترازو گذاشت و جرم آن را اندازه گرفت. زیرا واحد گرم یا میلی گرم (که ترازو آن را نشان می دهد) برای بیان جرم اتم بسیار بسیار بزرگ است.
درواقع همیشه باید واحد اندازه گیری و کمیت مورد اندازه گیری با هم سنخیت داشته باشند، به عنوان مثال فاصله ی شیراز مشهد را نمی توان با سانتی متر یا متر اندازه گیری نمود، بلکه این فاصله به دلیل بزرگی با کیلومتر سنجش می شود.
حال جرم یک اتم هم نمی تواند با گرم اندازه گیری شود، زیرا جرم یک اتم در حدود 00000000000000000000001/0 گرم است.

پس باید دنبال یک واحد بگردیم که جرم اتم را با ان واحد اندازه گرفته و بیان کنیم.
دانشمندان در این مورد خیلی فکر کردند تا اینه نتیجه گرفتند که یک اتم را به عنوان واحد انتخاب کنند و بقیه اتمهخا را نسبت به آن بسنجند. به عنوان مثال در ابتدا اتم ئیدروزن را به عنوان واحد در نظر گرفتند و مثلا" می گفتند جر بور ده برابر جرم ئیدروزن می باشد.

اما بعدها این واحد به اتم اکسیژن تغییر نمود و در نهایت شیمی دانها برای بیان جرم عنصرها بدین صورت عمل کردند که فراوان ترین ایزوتوپ کربن یعنی کربن 12 را بعنوان استاندارد انتخاب کردند و جرم عنصرهای دیگر را با استفاده از نسبتهایی که در محاسبات آزمایشگاهی بدست آمده بود، بیان کردند.
به عنوان مثال با استفاده از نسبتهایی که در محاسبات آزمایشگاهی بدست آمده، مشخص شده است که جرم اتم اکسیژن چهار سوم برابر جرم اتم کربن است. با توجه به اینکه جرم اتم کربن 12 می باشد جرم اتم اکسیژن را محاسبه کرد. در این مقیاس جرم اتم اکسیژن برابر 16 خواهد شد.
واحد جرم اتمی amu است که کوتاه شده ی عبارت atomic mass unitاست. در این مقیاس جرم پروتون و نوترون 1 amu است.
و برای اینکه در آزمایشگاه بتوانجرم اتمی مواد را اندازه گیری نمود، از عدد آووگادرو استفاده می کنند و به تعداد عدد آووگادرو تا اتم ، amu تبدیل به گرم می شود. یعنی یک اتم ئیدروژن 1amu است و
23^10*02/6 یا یک مول ئیدروژن، 1 گرم است.

 





تاريخ : ۱۳۸۸/۳/٥ | ۱٠:٢٦ ‎ق.ظ | نویسنده : ابراهیم عصاره دزفولی | نظرات ()
.: Weblog Themes By BlackSkin :.