5.1. Phương pháp Canizaro
Canizaro làm như sau: lấy một số hợp chất của nguyên tố cần khảo sát đem đi xác định khối lượng phân tử của các hợp chất đó, sau đó phân tích hóa học để xác định số đơn vị khối lượng của nguyên tố khảo sát có trong từng phân tử. Giá trị nhỏ nhất trong các giá trị khối lượng tìm được của các hợp chất trên sẽ là khối lượng nguyên tử của nguyên tố đó.
Ví dụ 1: Xác định khối lượng nguyên tử của cacbon, bảng 1.8.
Cơ sở lý luận của phương pháp Canizaro: trong các phân tử hợp chất khác nhau của cùng một nguyên tố phải có một phân tử của một hợp chất chỉ chứa một nguyên tử của nguyên tố đó. Vì vậy, nếu lấy được càng nhiều hợp chất khác nhau của một nguyên tố đem đi xác định nguyên tử khối của nguyên tố đó thì sẽ có nhiều khả năng có được một hợp chất mà một phân tử hợp chất đó chỉ chứa một nguyên tử của nguyên tố cần xác định nguyên tử khối.
BẢNG 1.8. Nguyên tử khối của cacbon
Tên hợp chất Phân tử khối % khối lượng Số đơn vị nguyên tử cacbon có trong 1 phân tử
hợp chất
Cacbondioxit 44 27,27 (44.27,27)/100=12
Cacbonoxit 28 42,86 12
Axetylen 26 92,31 24
Benzen 78 92,31 72
Axeton 58 62,67 36
Từ kết quả thu được ở bảng 1.8 cho thấy nguyên tử khối của cacbon phải là 12.
Từ các kết quả thực nghiệm thu được ở bảng 1.8, dễ dàng xác định được công thức phân tử của :
Cacbon đioxit: CO2, cacbon oxit: CO, Axetilen: C2H2, benzen: C6H6 và axeton là C3H6O. Hợp chất chỉ chứa một nguyên tử cacbon trong thí nghiệm trên là CO2 và CO.
Từ cơ sở lý luận trên thấy rằng độ chính xác của phương pháp không được cao vì kết quả xác định nguyên tử khối phụ thuộc vào khối lượng các chất đem đi khảo sát. Vì thế nếu lấy được càng nhiều chất khác nhau thì kết quả thu được sẽ càng cao.
Tuy nhiên, phương pháp này có hạn chế ở chỗ không xác định được nguyên tử khối của các kim loại vì đa số các kim loại không tạo được các hợp chất ở thể khí hay dễ bay hơi.
5.2. Phương pháp Đuy Lông- Pơti 5.2.1. Phương pháp Đuy Lông- Pơti
a) Nhiệt dung nguyên tử: nhiệt dung của một nguyên tố là nhiệt lượng cần thiết nâng nhiệt độ của một mol nguyên tử của nguyên tố lên 1độ.
b) Nhiệt dung riêng (tỉ nhiệt): Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng để nâng nhiệt độ của một gam chất rắn lên 10.
Thực nghiệm đã xác định được gần đúng nhiệt dung nguyên tử của đơn chất rắn là: 265 J/mol.K ≈ 6,3 cal/mol.K
Nếu ký hiệu nhiệt dung riêng là C, thì:
C.A ≈ 6,3 →
A 6C,3
≈
Biết được C thì xác định được A, đây là phương pháp gần đúng vì nhiệt dung nguyên tử chỉ áp dụng được cho mọi đơn chất rắn.
5.2.2. Phương pháp Đuy Long - Pơti kết hợp với đương lượng Các bước tiến hành
Bước 1: Dựa vào phương pháp Đuy Lông- Pơti tìm khối lượng nguyên tử gần đúng (A′) :
A ′≈6 C,3 Bước 2: Dựa vào định luật đương lượng tìm đương lượng đúng:
B A B A
m m
∋
=∋ Bước 3: Xác định hoá trị gần đúngH′bằng biểu thức:
∋
= ′
′ A
H
Bước 4: TừH′suy ra hoá trị chính xác (H) bằng cách: chỉ lấy phần nguyên củaH′vì hoá trị là số nguyên.
Bước 5: Biết được hoá trị chính xác H, thì tìm được khối lượng nguyên tử chính xác (A) bằng biểu thức: A = H.∋
Ví dụ 2: Một kim loại có tỉ nhiệt là 0,22. Khi oxi hoá 0,162 g kim loại thì thu được 0,306 g oxit. Xác định nguyên tử lượng chính xác của kim loại:
Trả lời:
Khối lượng nguyên tử gần đúng của kim loại là: 28 ,64 22
, 0
,3 6 =
′= A
Đương lượng chính xác của kim loại là:
O
O m
= m
∋
∋ → 8 9
,162 306 0 ,
0
,162
0 × =
= −
∋
×
∋= O
mO
m
Hoá trị gần đúng của kim loại là: 3 ,18 9
,64 28 =
∋ =
= ′
′ A
H
Vậy hoá trị chính xác của kim loại là: H = 3
Do đó khối lượng nguyên tử chính xác là: A = H.∋ = 3.9 = 27 (Al) 5.3. Phương pháp khối phổ
Là một trong những phương pháp tốt nhất để xác định khối lượng nguyên tử.
Sơ đồ đơn giản của máy khối phổ gồm có 3 phần (hình 1.4). Bộ phận nguồn điện với hiệu điện thế U để tạo dòng ion dương của các kim loại cần xác định khối lượng nguyên tử (A), tiếp đến là ống cong với áp suất khí trong ống rất thấp. ống cong được đặt trong một từ trường với cường độ từ trường là B để tách thành các dòng ion của các đồng vị. Cuối cùng là bộ phận có gắn kính ảnh để thu vị trí của cường độ dòng ion dương.
HÌNH 1.4. Sơ đồ các bộ phận chính của khối phổ Aston
Nguyên tắc làm việc của máy khối phổ: Dựa vào mối quan hệ của bán kính r của quỹ đạo chuyển động của ion dương có điện tích q với khối lượng A của ion dương đó:
) 2
2 (Br u A = q ×
Từ kết quả xác định được A và tỷ lệ của đồng vị tương ứng, từ đó xác định được khối lượng nguyên tử tương đối của đồng vị khảo sát.
Chẳng hạn khi tìm khối lượng nguyên tử của cacbon, phép đo khối phổ cho biết trong tự nhiên cacbon gồm hai đồng vị là 12C và 13C với tỷ lệ tương ứng là 98,982% và 1,108%. Từ các dữ kiện thực nghiệm này, xác định được khối lượng nguyên tử của cacbon trong tự nhiên là:
01108 12 100 12,
,108 .1 892 13 98,
.
12 + = ≈