La masse atomique relative

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Les masses des particules et des atomes sont extrêmement petites et difficiles à manipuler exprimées en kilogramme (kg), l'unité du système international, dans la vie courante. Il a donc fallut mettre sur pied un autre système permettant d'exprimer la masse des atomes.
A titre d'exemple :
  • Masse d'un proton : mp  1.672 6231 x 10-27 kg
  • Masse d'un électron : me 9.109 3897 x 10-31 kg
  • Masse d'un neutron : n0 1,674 94 × 10-27 kg

I. Le principe:

A,B,C et D sont quatre blocs ayant chacun une masse différente. Il est possible cependant, de les comparer en prenant une masse de référence. Ainsi, si B est "la référence", on peut dire que :

210,50,25
A a une masse deux fois plus importante que B, C a une masse deux fois plus petite B, ...

II. La masse atomique relative :

II.1. Masse atomique relative : 

C'est sur un système équivalent que se base la masse atomique relative des atomes.
La masse atomique relative, c'est une comparaison de masse entre atomes. Une masse étalon, c'est à dire la masse à laquelle on compare tous les autres atomes a été définie. On doit donc comparer la masse de l'atome par rapport à une masse de référence (étalon).

Définition :

La masse atomique relative d'un atome est le rapport entre la masse de cet atome et le douzième de la masse de l'isotope 12 du carbone, choisi comme masse de référence.
La masse atomique relative d'un atome est le rapport entre la masse de cet atome et la masse d'un atome d'hydrogène (H), choisie comme masse de référence.

Notation :


Masse de référence (masse étalon) :

Les chimistes ont choisi comme masse de référence internationale le douzième de la masse de l'isotope 12 du carbone (12C), qui est une variété particulière de carbone.
Toutefois, pour des questions de facilités, nous simplifierons dans un premier temps, cette définition en choisissant comme masse de référence la masse de l'atome d'hydrogène (H).
Par conséquent, nous dirons que la masse d'un atome "X" est égale à 10 fois la masse de référence.
Où trouvez la masse atomique relative d'un élément ?
La masse atomique relative d'un élément (Ar) est reprise dans la case de l'élément au sein du tableau périodique des éléments.
Dans l'extrait du tableau périodique ci-dessous, elles sont indiquées en rouge.
1
1
H
1.008
    
2
3
Li
6.941
4
Be
9.0122
   
3
11
Na
22.9898
12
Mg
24.305

   
4
19
K
39.098
20
Ca
40.078
21
Sc
44.956
22
Ti
47.867
23
V
50.94
24
Cr
52.0
25
Mn
55.0
5
37
Rb
85.468
38
Sr
87.62
39
Y
88.906
40
Zr
91.224
41
Nb
92.906
42
Mo
95.96
43
Tc
98.9062
44
Ru
101.07

A l'aide de l'extrait du tableau périodique ci-dessus. Détermine la masse atomique relative des éléments suivants à 1 décimale près:
 Ar(Li) lithium =  
  Ar(Cr)  chrome =
 Ar(Sr) strontium = Ar(Na) sodium =
 Ar(Ti) titane =  
Si un élément possède une masse atomique relative égale à +/- 9 fois la masse de l'hydrogène (H).

 Quelle est sa masse atomique relative ?   
 Quel est cet élément ?  
              

II.2. Détermination des masses atomiques relatives des éléments

Comme il est impossible de manipuler un ou deux atomes. On a imaginé un appareil capable de projeter dans les mêmes conditions un grand nombre d'atomes. Le nom de cet appareil est "Spectromètre de masse".
Il mesure les points d'impact (la distance  entre ceux-ci plus particulièrement) d'atomes chargés projetés à grande vitesse dans un champ magnétique. Les atomes chargés interagissent avec le champ magnétique et celui-ci envoie les atomes chargés vers des plaques réceptrices. 
Par le système de comparaison expliqué grâce à l'exemple ci-dessus, il est possible de déterminer des proportions. (exemple: Cet atome est deux fois plus lourd que celui-ci et celui-là est 45 fois plus léger).
Les chimistes ont choisi comme masse de référence internationale le douzième de la masse de l'isotope 12 du carbone (12C), qui est une variété particulière de carbone.
Toutefois, pour des questions de facilités, nous simplifierons dans un premier temps, cette définition en choisissant comme masse de référence la masse de l'atome d'hydrogène.
Par conséquent, nous dirons que la masse d'un atome "X" est égale à 10 fois la masse d'un atome d'hydrogène.

II.3. Pourquoi relative ? 

Car, il s'agit d'une comparaison, d'une relation entre deux masses. Celle inconnue de l'atome "X" et le 1/12 de la masse de l'isotope 12 du carbone, une variété particulière de carbone et cette comparaison ne donne pas toujours un nombre strictement entier.
De plus, il existe des isotopes pour chaque élément, c'est à dire : des atomes qui ont le même nombre de protons et d'électrons mais qui diffèrent au niveau de la composition de leurs noyaux. Ils ont donc des propriétés fort semblables mais diffèrent au niveau de leur masse notamment (ce sont des variétés différentes d'un même élément). La masse atomique relative est la moyenne des masses de ces différentes variétés d'atomes d'un même élément selon le pourcentage de ceux-ci dans un échantillon de 100 atomes)

II.4. Application :  La masse atomique relative du chlore (Cl) :

sur un échantillon de 100 atomes ; il y a 75,53% de 35Cl et 24,47% de 37Cl.  Pour trouver l'isotope le plus abondant, il suffit de regarder lequel se rapproche le plus de la masse atomique relative. Pour trouver la masse atomique relative du Chlore, il suffit de faire  (75,53/100) . (35) + (24,47/100) . (37) ce qui fait 35,49 (la masse atomique du Chlore étant 35,45;  il existe encore d'autres isotopes).