Атомна маса. відносна атомна маса. атомний вага - значення маси атома. виражене в атомних одиницях маси. Визначається як відношення маси атома даного елемента до 1/12 маси нейтрального атома ізотопу вуглецю 12 C. З визначення випливає, що відносна атомна маса є безрозмірною величиною [1].
Загальні відомості [ред]
Одним з фундаментальних властивостей атома є його маса. Абсолютна маса атома - величина, надзвичайно мала. Так, атом водню має масу 1,67 (...) · 10 -24 м [2] Тому в хімії (для практичних цілей) переважно і значно зручніше користуватися відносною [умовної] величиною, яку називають відносною атомною масою або просто атомною масою і яка показує, у скільки разів маса атома даного елемента більша за масу атома іншого елемента, прийнятої за одиницю виміру маси.
В якості одиниці вимірювання атомних і молекулярних мас прийнята 1 /12 частина маси нейтрального атома найбільш поширеного ізотопу вуглецю 12 C [3]. Ця одиниця виміру маси отримала назву атомна одиниця маси. (А.е.м.).
Різниця між атомною масою ізотопу і його масовим числом називається надлишком маси (зазвичай його висловлюють в МеВ). Він може бути як позитивним, так і негативним; причина його виникнення - нелінійна залежність енергії зв'язку ядер від числа протонів і нейтронів, а також відмінність в масах протона і нейтрона.
Залежність атомної маси ізотопу від масового числа така: надлишок маси позитивний у водню-1. з ростом масового числа він зменшується і стає негативним, поки не досягається мінімум у заліза-56. потім починає зростати і зростає до позитивних значень у важких нуклідів. Це відповідає тому, що поділ ядер, більш важких, ніж залізо, вивільняє енергію, тоді як розподіл легких ядер вимагає енергії. Навпаки, злиття ядер легше заліза вивільняє енергію, злиття же елементів важче заліза вимагає додаткової енергії.
Атомна маса хімічного елемента (також «середня атомна маса», «стандартна атомна маса») є середньозваженою атомною масою всіх існуючих в природі ізотопів даного хімічного елемента з урахуванням їх природного (процентної) поширеності в земній корі і атмосфері. Саме ця атомна маса представлена в періодичній таблиці Д. І. Менделєєва. її використовують в стехіометричних розрахунках. Атомна маса елемента з порушеним ізотопним співвідношенням (наприклад, збагаченого будь-яким ізотопом) відрізняється від стандартної. Для моноізотопному елементів (таких як йод. Золото і т. П.) Атомна маса елемента збігається з атомною масою його єдиного представленого в природній суміші ізотопу.
Молекулярна (молярна) маса [ред]
Молекулярної масою хімічної сполуки називається сума атомних мас елементів, з яких складається, помножених на стехіометричні коефіцієнти елементів за хімічною формулою сполуки. Строго кажучи, маса молекули менше маси складових її атомів на величину, рівну енергії зв'язку молекули (див. Вище). Однак цей дефект маси на 9-10 порядків менше маси молекули, і їм можна знехтувати.
Визначення благаючи (і числа Авогадро) вибирається таким чином, щоб маса одного моля речовини (молярна маса), виражена в грамах (на моль), була чисельно дорівнює атомної (або молекулярної) масі цієї речовини. Наприклад, атомна маса заліза дорівнює 55,847 а.е.м. Отже, один моль заліза (тобто кількість атомів заліза, яка дорівнює кількості Авогадро, 6,022 × 10 23) має масу 55,847 м
Пряме порівняння і вимірювання мас атомів і молекул виконується за допомогою мас-спектрометричних методів.
Історія [ред]
При обчисленнях атомних мас спочатку (з початку XIX століття, за пропозицією Дальтона; см. Атомістична теорія Дальтона) за одиницю маси [відносну] вживали величезну кількість атома водню як найлегшого елементу і по відношенню до нього вираховували маси атомів ін. Елементів. Але так як атомні маси більшості елементів визначаються, виходячи зі складу їх кисневих сполук. то фактично (де-факто) обчислення проводилися по відношенню до атомної масі кисню, яка приймалася рівною 16; відношення між атомними масами кисню і водню вважали рівним 16: 1. Згодом більш точні вимірювання показали, що цей показник одно 15,874: 1 або [що те ж саме] 16: 1,0079, - в залежності цілочисельне значення якого атома брати - кисню або водню. Зміна атомної маси кисню спричинило б за собою зміну атомних мас більшості елементів. Тому було вирішено залишити для кисню атомну масу 16, прийнявши атомну масу водню дорівнює 1,0079.
Таким чином, за одиницю атомної маси приймалася 1/16 частина маси атома кисню, що отримала назву кисневої одиниці. Надалі було встановлено, що природний кисень являє собою суміш ізотопів, так що киснева одиниця маси характеризує середнє значення маси атомів природних ізотопів кисню. Для атомної фізики така одиниця виявилася неприйнятною, і в цій галузі науки за одиницю атомної маси була прийнята 1/16 частина маси атома кисню 16 O. В результаті оформірілісь дві шкали атомних мас - хімічна і фізична. Наявність двох шкал атомних мас створювало великі незручності.
Введення вуглецевої шкали атомних мас замість кисневої пов'язано з різницею еталонів фізичної і хімічної шкал атомних мас. До 1960-х років при мас-спектрографічних (фізичних) вимірах атомну масу визначали таким чином, щоб нуклід кисень-16 мав атомну масу 16 (киснева шкала). Однак співвідношення кисню-16, кисню-17 і кисню-18 в природному кисні. який також використовувався в розрахунках атомної маси (переважно. у хіміків), призводило до наявності двох різних таблиць атомних мас (заснованих на кисневих одиницях - фізичної та хімічної) [4]; тому величини деяких констант, розрахованих з фізичної та хімічної шкалами, виявлялися різними. Крім того, ізотопний склад природного кисню також непостійний.
Єдина шкала відносних атомних мас і нова одиниця атомної маси прийнята Міжнародним з'їздом фізиків (1960) і уніфікована Міжнародним з'їздом хіміків (1961; через 100 років після 1-го Міжнародного з'їзду хіміків), замість попередніх двох кисневих одиниць атомної маси - фізичної і хімічної. Киснева хімічна одиниця дорівнює 0,999957 нової вуглецевої одиниці атомної маси.
У сучасній шкалою відносні атомні маси кисню і водню рівні відповідно 15,9994: 1,0079 ...
Примітки [ред]
- ↑ Чортів А. Г. # 32; Одиниці фізичних величин. - М. «Вища школа», 1977. - 287 с.
- ↑ Див. Фундаментальні фізичні постійні # Деякі інші фізичні постійні.
- ↑ тому атомна маса цього ізотопу за визначенням дорівнює 12 (а.е.м.) точно
- ↑ Хіміки використовували шкалу, засновану на тому, що природна суміш ізотопів кисню повинна була мати атомну масу 16, тоді як фізики привласнювали той же число 16 атомної масі найбільш поширеного ізотопу кисню (що має вісім протонів і вісім нейтронів).
Молекулярні ваги. Атомні ваги. // Основи загальної хімії / Некрасов Б. В. 3-е изд. - М. Хімія, 1973. - том I. - С. 22-27.