Атомная масса: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
[непроверенная версия][отпатрулированная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
м Добавление ссылки на другую статью.
Метки: через визуальный редактор с мобильного устройства из мобильной версии Задача для новичков
Нет описания правки
Метки: ручная отмена с мобильного устройства из мобильной версии
 
(не показана 41 промежуточная версия 23 участников)
Строка 1: Строка 1:
'''А́томная ма́сса''' — [[масса]] [[атом]]а. [[Единицы физических величин|Единица измерения]] в [[СИ]] — [[килограмм]], обычно применяется [[внесистемная единица]] — [[атомная единица массы]].
{{викифицировать}}
'''А́томная ма́сса''' — [[масса]] [[атом]]а. Единица измерения в [[СИ]] — [[килограмм]], по факту обычно применяется [[внесистемная единица]] — [[атомная единица массы]].


== Общие сведения ==
== Общие сведения ==
Одним из [[Фундаментальная наука|фундаментальных]] свойств [[Атом|атома]] является его [[масса]]. Абсолютная масса атома — величина чрезвычайно малая. Так, атом [[водород]]а имеет массу около {{nobr|1,67{{e|−24}} г}}<ref>См. [[Фундаментальные физические постоянные#Некоторые другие физические постоянные]].</ref>. Поэтому в химии (преимущественно для практических целей) значительно удобнее пользоваться относительной (условной) величиной, которую называют ''относительной атомной массой'' или просто ''атомной массой'' и которая показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы атома другого элемента, принятой за единицу измерения массы.
Одним из фундаментальных свойств атома является его масса. Абсолютная масса атома — величина чрезвычайно малая. Так, атом [[водород]]а имеет массу около {{nobr|1,67{{e|−24}} г}}<ref>См. [[Фундаментальные физические постоянные#Некоторые другие физические постоянные]].</ref>. Поэтому в химии (преимущественно для практических целей) значительно удобнее пользоваться [[Относительная величина|относительной]] (условной) величиной, которую называют ''относительной атомной массой'' или просто ''атомной массой'' и которая показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы атома другого элемента, принятой за единицу измерения массы.


В качестве единицы измерения атомных и [[Молекулярная масса|молекулярных масс]] принята {{frac|1|12}} часть массы нейтрального атома наиболее распространённого [[Изотопы углерода|изотопа углерода]] [[Углерод-12|<sup>12</sup>C]]<ref>Поэтому атомная масса этого изотопа по определению равна {{nobr|12 (а. е. м.)}} '''точно'''</ref>. Эта внесистемная единица измерения массы получила название ''атомная единица массы'' ({{nobr|[[а. е. м.]]}}) или дальтон (Да).
В качестве единицы измерения атомных и [[Молекулярная масса|молекулярных масс]] принята {{frac|1|12}} часть массы нейтрального атома наиболее распространённого [[Изотопы углерода|изотопа углерода]] [[Углерод-12|<sup>12</sup>C]]<ref>Поэтому атомная масса этого изотопа по определению равна {{nobr|12 (а. е. м.)}} '''точно'''</ref>. Эта внесистемная единица измерения массы получила название ''атомная единица массы'' ({{nobr|[[а. е. м.]]}}) или дальтон (обозначение: Да; единица названа в честь [[Дальтон, Джон|Дж. Дальтона]]).


Разность между атомной массой [[Изотопы|изотопа]] и его [[Массовое число|массовым числом]] называется [[избыток массы|избытком массы]] (обычно его выражают в М[[эВ]]). Он может быть как положительным, так и отрицательным; причина его возникновения — нелинейная зависимость [[Энергия связи|энергии связи]] [[Атомное ядро|ядер]] от числа [[Протон|протонов]] и [[Нейтрон|нейтронов]], а также различие в массах протона и нейтрона.
Разность между атомной массой [[Изотопы|изотопа]] и его [[Массовое число|массовым числом]] называется [[избыток массы|избытком массы]] (обычно его выражают в М[[эВ]]). Он может быть как положительным, так и отрицательным; причина его возникновения — нелинейная зависимость [[Энергия связи|энергии связи]] [[Атомное ядро|ядер]] от числа [[протон]]ов и [[нейтрон]]ов, а также различие в массах протона и нейтрона.


Зависимость атомной массы изотопа от [[Массовое число|массового числа]] такова: избыток массы положителен у [[протий|водорода-1]], с ростом массового числа он уменьшается и становится отрицательным, пока не достигается минимум у [[Железо-56|железа-56]], потом начинает расти и возрастает до положительных значений у тяжёлых [[нуклид]]ов. Это соответствует тому, что деление [[Атомное ядро|ядер]], более тяжёлых, чем [[железо]], высвобождает энергию, тогда как деление лёгких ядер требует энергии. Напротив, слияние ядер легче железа высвобождает энергию, слияние же элементов тяжелее железа требует дополнительной энергии.
Зависимость атомной массы изотопа от [[Массовое число|массового числа]] такова: избыток массы положителен у [[протий|водорода-1]], с ростом массового числа он уменьшается и становится отрицательным, пока не достигается минимум у [[Железо-56|железа-56]], потом начинает расти и возрастает до положительных значений у тяжёлых [[нуклид]]ов. Это соответствует тому, что деление ядер, более тяжёлых, чем [[железо]], высвобождает энергию, тогда как деление лёгких ядер требует энергии. Напротив, слияние ядер легче железа высвобождает энергию, слияние же элементов тяжелее железа требует дополнительной энергии.


Атомная масса [[химический элемент|химического элемента]] (также «средняя атомная масса», «стандартная атомная масса») является [[Среднее арифметическое взвешенное|средневзвешенной]] атомной массой всех существующих в природе [[Стабильные элементарные частицы|стабильных]] и [[Нестабильные элементарные частицы|нестабильных<!--внимание: не обязательно стабильных--> изотопов]] данного химического элемента с учётом их природной (процентной) [[распространённость изотопов|распространённости]] в [[земная кора|земной коре]] и атмосфере. Именно эта атомная масса представлена в [[периодическая таблица|периодической таблице]] [[Д. И. Менделеев]]а, её используют в [[Стехиометрия|стехиометрических]] расчётах. Атомная масса элемента с нарушенным изотопным соотношением (например, обогащённого каким-либо изотопом) отличается от стандартной. Для [[моноизотопный элемент|моноизотопных элементов]] (таких как [[иод]], [[золото]] {{nobr|и т. п.}}) атомная масса элемента совпадает с атомной массой его единственного представленного в природной [[Смесь (химия)|смеси]] изотопа. Для химических элементов, отсутствующих в природе (синтетических химических элементов), таких как [[технеций]], [[кюрий]] {{nobr|и т. п.}}, в качестве атомной массы элемента условно указывают массовое число наиболее стабильного из известных изотопов этого элемента; такие значения в таблице Менделеева традиционно указываются в квадратных скобках.
Атомная масса [[химический элемент|химического элемента]] (также «средняя атомная масса», «стандартная атомная масса») является [[Среднее арифметическое взвешенное|средневзвешенной]] атомной массой всех существующих в природе [[Стабильные элементарные частицы|стабильных]] и [[Нестабильные элементарные частицы|нестабильных<!--внимание: не обязательно стабильных--> изотопов]] данного химического элемента с учётом их природной (процентной) [[распространённость изотопов|распространённости]] в [[земная кора|земной коре]] и [[Атмосфера Земли|атмосфере]]. Именно эта атомная масса представлена в [[периодическая таблица|периодической таблице]] [[Менделеев, Дмитрий Иванович|Д. И. Менделеева]], её используют в [[Стехиометрия|стехиометрических]] расчётах. Атомная масса элемента с нарушенным изотопным соотношением (например, обогащённого каким-либо изотопом) отличается от стандартной. Для [[моноизотопный элемент|моноизотопных элементов]] (таких как [[иод]], [[золото]] {{nobr|и т. п.}}) атомная масса элемента совпадает с атомной массой его единственного представленного в природной [[Смесь (химия)|смеси]] изотопа. Для химических элементов, отсутствующих в природе (синтетических химических элементов), таких как [[технеций]], [[кюрий]] {{nobr|и т. п.}}, в качестве атомной массы элемента условно указывают массовое число наиболее стабильного из известных изотопов этого элемента; такие значения в [[Периодическая система химических элементов|таблице Менделеева]] традиционно указываются в квадратных скобках.

Наиболее точные значения атомных масс, измеренные на текущий момент, можно найти в регулярно, раз в несколько лет выходящей под эгидой [[ИЮПАК]] публикации Atomic Mass Evaluation (AME)<ref>[http://www.nndc.bnl.gov/masses/ Atomic Mass Evaluation (AME)] {{Wayback|url=http://www.nndc.bnl.gov/masses/ |date=20190111232533 }}</ref>. На 2022 год последней публикацией является AME2020<ref>{{AME2020|1}}<br>{{AME2020|2}}</ref>.


== Относительная атомная масса ==
== Относительная атомная масса ==
'''Относи́тельная а́томная ма́сса''' (устаревшее название — '''атомный вес''') — значение [[Масса|массы]] [[атом]]а, выраженное в [[атомная единица массы|атомных единицах массы]]. Определяется как отношение массы атома данного элемента к {{frac|1|12}} массе нейтрального атома изотопа [[Углерод-12|углерода {{sup|12}}C]]. Из определения следует, что относительная атомная масса является [[Безразмерная величина|безразмерной величиной]]<ref>{{книга |автор=Чертов А. Г. |заглавие=Единицы физических величин |ответственный= |ссылка= |место=М. |издательство=«[[Высшая школа (издательство)|Высшая школа]]» |год=1977 |том= |страниц=287 |страницы= |isbn=}}</ref>.
'''Относи́тельная а́томная ма́сса''' (устаревшее название — '''атомный вес''') — значение массы атома, выраженное в [[атомная единица массы|атомных единицах массы]], определяется как отношение массы атома данного элемента к {{frac|1|12}} массы нейтрального атома изотопа [[Углерод-12|углерода {{sup|12}}C]]. Из определения следует, что относительная атомная масса является [[Безразмерная величина|безразмерной величиной]]<ref>{{книга |автор=Чертов А. Г. |заглавие=Единицы физических величин |ответственный= |ссылка= |место=М. |издательство=«[[Высшая школа (издательство)|Высшая школа]]» |год=1977 |том= |страниц=287 |страницы= |isbn=}}</ref>.


== Молекулярная (молярная) масса ==
== Молекулярная (молярная) масса ==
'''[[Молекулярная масса|Молекулярной массой]]''' химического соединения называется сумма атомных масс элементов, составляющих его, умноженных на [[Стехиометрические законы|стехиометрические коэффициенты]] элементов по химической формуле соединения. Строго говоря, масса молекулы меньше массы составляющих её атомов на величину, равную энергии связи молекулы (см. выше). Однако этот ''дефект массы'' на 9—10 [[Порядок величины|порядков]] меньше массы молекулы, и им можно пренебречь.
'''[[Молекулярная масса|Молекулярной массой]]''' химического соединения называется сумма атомных масс элементов, составляющих его, умноженных на [[Стехиометрические законы|стехиометрические коэффициенты]] элементов по химической формуле соединения. Строго говоря, масса [[Молекула|молекулы]] меньше массы составляющих её атомов на величину, равную энергии связи молекулы (см. выше). Однако этот ''[[дефект массы]]'' на 9—10 [[Порядок величины|порядков]] меньше массы молекулы, и им можно пренебречь.


Определение [[Моль (единица измерения)|моля]] (и [[число Авогадро|числа Авогадро]]) выбирается таким образом, чтобы масса одного моля вещества ([[молярная масса]]), выраженная в [[грамм]]ах (на моль), была численно равна атомной (или молекулярной) массе этого вещества. Например, атомная масса железа равна {{nobr|55,847 а. е. м.}} Следовательно, один моль железа (то есть количество атомов железа, равное числу Авогадро, ≈6,022{{e|23}}) имеет массу {{nobr|55,847 г}}.
Определение [[Моль (единица измерения)|моля]] (и [[число Авогадро|числа Авогадро]]) выбирается таким образом, чтобы масса одного моля вещества ([[молярная масса]]), выраженная в [[грамм]]ах (на моль), была численно равна атомной (или молекулярной) массе этого вещества. Например, атомная масса [[Железо|железа]] равна {{nobr|55,847 а. е. м.}} Следовательно, один моль железа (то есть количество атомов железа, равное числу Авогадро, ≈6,022{{e|23}}) имеет массу {{nobr|55,847 г}}.


Прямое сравнение и измерение масс атомов и молекул выполняется с помощью [[масс-спектрометрия|масс-спектрометрических методов]].
Прямое сравнение и измерение масс атомов и молекул выполняется с помощью [[масс-спектрометрия|масс-спектрометрических методов]].


== История ==
== История ==
При вычислениях атомных масс изначально (с начала XIX века, по предложению [[Дальтон, Джон|Дж. Дальтона]]; см. [[Атомистическая теория Дальтона]]) за [[Единицы измерения массы|единицу массы]] [относительную] принимали массу атома водорода как самого лёгкого элемента и по отношению к нему вычисляли массы атомов др. элементов. Но так как атомные массы большинства элементов определяются, исходя из состава их [[Оксиды|кислородных соединений]], то фактически (де-факто) вычисления производились по отношению к атомной массе кислорода, которая принималась равной 16; отношение между атомными массами кислорода и водорода считали равным 16 : 1. Впоследствии более точные измерения показали, что это отношение равно {{nobr|15,874 : 1}} или, что то же самое, {{nobr|16 : 1,0079}}, — в зависимости от того, к какому атому — кислорода или водорода — относить целочисленное значение. Изменение атомной массы кислорода повлекло бы за собой изменение атомных масс большинства элементов. Поэтому было решено оставить для кислорода атомную массу 16, приняв атомную массу водорода равной 1,0079.
При вычислениях атомных масс изначально (с начала XIX века, по предложению [[Дальтон, Джон|Дж. Дальтона]]; см. [[Атомистическая теория Дальтона]]) за [[Единицы измерения массы|единицу массы]] [относительную] принимали массу [[Атом водорода|атома водорода]] как самого лёгкого элемента и по отношению к нему вычисляли массы атомов других элементов. Но так как атомные массы большинства элементов определяются, исходя из состава их [[Оксиды|кислородных соединений]], то фактически вычисления производились по отношению к атомной массе кислорода, которая принималась равной 16; отношение между атомными массами кислорода и водорода считали равным {{nobr|16 : 1}}. Впоследствии более точные измерения показали, что это отношение равно {{nobr|15,874 : 1}} или, что то же самое, {{nobr|16 : 1,0079}}, — в зависимости от того, к какому атому — кислорода или водорода — относить [[Целое число|целочисленное]] значение. Изменение атомной массы кислорода повлекло бы за собой изменение атомных масс большинства элементов. Поэтому было решено оставить для кислорода атомную массу 16, приняв атомную массу водорода равной 1,0079.


Таким образом, за единицу атомной массы принималась {{frac|1|16}} часть массы атома кислорода, получившая название ''кислородной единицы''. В дальнейшем было установлено, что природный кислород представляет собой [[Полиизотопный элемент|смесь изотопов]], так что кислородная единица массы характеризует среднее значение массы атомов природных изотопов кислорода (кислорода-16, [[Изотопы кислорода|кислорода-17]] и [[Кислород-18|кислорода-18]]), которое оказалось непостоянным из-за природных вариаций изотопного состава кислорода. Для атомной физики такая единица оказалась неприемлемой, и в этой отрасли науки за единицу атомной массы была принята {{frac|1|16}} часть массы атома кислорода {{sup|16}}O. В результате оформились две шкалы атомных масс — химическая и физическая. Наличие двух шкал атомных масс создавало большие неудобства. Величины многих констант, рассчитанных по физической и химической шкалам, оказывались различными<ref>''[[Некрасов, Борис Владимирович|Некрасов Б. В.]]'' Основы общей химии. — 3-е изд. — М.: Химия, 1973. — Том I. — С. 22—27.</ref>. Это неприемлемое положение привело к введению углеродной шкалы атомных масс вместо кислородной.
Таким образом, за единицу атомной массы принималась {{frac|1|16}} часть массы атома кислорода, получившая название ''[[Кислородная единица|кислородной единицы]]''. В дальнейшем было установлено, что природный кислород представляет собой [[Полиизотопный элемент|смесь изотопов]], так что кислородная единица массы характеризует среднее значение массы атомов природных изотопов кислорода (кислорода-16, [[Изотопы кислорода|кислорода-17]] и [[Кислород-18|кислорода-18]]), которое оказалось непостоянным из-за природных вариаций изотопного состава кислорода. Для атомной физики такая единица оказалась неприемлемой, и в этой отрасли науки за единицу атомной массы была принята {{frac|1|16}} часть массы атома кислорода {{sup|16}}O. В результате оформились две шкалы атомных масс — химическая и физическая. Наличие двух шкал атомных масс создавало большие неудобства. Величины многих констант, рассчитанных по физической и химической шкалам, оказывались различными<ref>{{книга|автор=[[Некрасов, Борис Владимирович|Некрасов Б. В.]]|часть=|заглавие=Основы общей химии|оригинал= |ссылка=|издание=3-е изд|ответственный=|место= М.|издательство=Химия |год=1973 |том= I|страницы=22—27|страниц=|isbn=|тираж=}}'</ref>. Это неприемлемое положение привело к введению [[углерод]]ной шкалы атомных масс вместо кислородной.


Единая шкала относительных атомных масс и новая единица атомной массы принята [[ИЮПАП|Международным съездом физиков]] (1960) и унифицирована [[ИЮПАК|Международным съездом химиков]] (1961; спустя 100 лет после [[Съезд химиков в Карлсруэ|1-го Международного съезда химиков]]), вместо предыдущих двух кислородных единиц атомной массы — физической и химической. Кислородная <u>химическая</u> единица равна 0,999957 новой углеродной единицы атомной массы. В современной шкале относительные атомные массы кислорода и водорода равны соответственно {{nobr|15,9994 : 1,0079…}} Поскольку новая единица атомной массы привязана к конкретному изотопу, а не к среднему значению атомной массы химического элемента, природные изотопные вариации не сказываются на воспроизводимости этой единицы.
Единая шкала относительных атомных масс и новая единица атомной массы принята [[ИЮПАП|Международным съездом физиков]] (1960) и унифицирована [[ИЮПАК|Международным съездом химиков]] (1961; спустя 100 лет после [[Съезд химиков в Карлсруэ|1-го Международного съезда химиков]]), вместо предыдущих двух кислородных единиц атомной массы — физической и химической. Кислородная <u>химическая</u> единица равна 0,999957 новой углеродной единицы атомной массы. В современной шкале относительные атомные массы [[кислород]]а и [[водород]]а равны соответственно {{nobr|15,9994 : 1,0079…}} Поскольку новая единица атомной массы привязана к конкретному изотопу, а не к среднему значению атомной массы химического элемента, природные изотопные вариации не сказываются на воспроизводимости этой единицы.


== Примечания ==
== Примечания ==
Строка 34: Строка 35:


== Литература ==
== Литература ==
* {{AtWt2013}}
* {{статья |заглавие=Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) |издание=[[Pure and Applied Chemistry]] |том=85 |номер=5 |страницы=1047—1078 |ссылка=http://pac.iupac.org/publications/pac/pdf/2013/pdf/8505x1047.pdf |deadlink=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20150616072019/http://pac.iupac.org/publications/pac/pdf/2013/pdf/8505x1047.pdf |archivedate=2015-06-16 |accessdate=2015-07-17 |язык=en |тип=journal |автор=Wieser, Michael E.; et al. |год=2013}} {{Wayback|url=http://pac.iupac.org/publications/pac/pdf/2013/pdf/8505x1047.pdf |date=20150616072019 }}{{ref-en}}
* {{ВТ-ЭСБЕ|Вес атомов}}
* {{ВТ-ЭСБЕ|Вес атомов}}
* {{книга
* {{книга
Строка 59: Строка 60:
| ref =
| ref =
}}
}}
* ''Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж''. Основные законы химии: В 2 томах. Пер. с англ. — М.: Мир, 1982. 652 с., ил. — Т. 1. — С. 13—65, 114, 267—295.
* {{книга|автор=Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж.|часть=|заглавие=Основные законы химии: В 2 томах|оригинал= |ссылка=|издание=|ответственный=Пер. с англ.|место=М.|издательство=Мир|год=1982|том=1|страницы=13—65, 114, 267—295|страниц=652 |isbn=|тираж=}}
* {{ФЭ|автор=|статья= Атомная масса | ссылка = http://femto.com.ua/articles/part_1/0221.html | том = 1 | с = 152}}
* {{книга
* {{ХЭ|автор=|статья= Атомная масса | ссылка= http://enc-dic.com/enc_chemistry/Atomnaja-massa-3443.html| том = 1 | с = 216}}
| автор =
| часть = Атомная масса
| ссылка часть = http://femto.com.ua/articles/part_1/0221.html <!-- http://enc-dic.com/enc_physics/Atomnaja-massa-144.html (текст не полный) -->
| заглавие = Физическая энциклопедия (в 5 т.)
| оригинал =
| ссылка =
| викитека =
| ответственный = А. М. Прохоров (ред. кол.)
| издание =
| место = М
| издательство = Сов. энциклопедия
| год = 1988
| том = 1
| страницы = 152
| столбцы =
| страниц = 704
| серия =
| isbn =
| doi =
| тираж =
| ref =
}}
* {{книга
| автор =
| часть = Атомная масса
| ссылка часть = http://enc-dic.com/enc_chemistry/Atomnaja-massa-3443.html
| заглавие = Химическая энциклопедия (в 5 т.)
| оригинал =
| ссылка =
| викитека =
| ответственный = И. Л. Кнунянц (ред. кол.)
| издание =
| место = М
| издательство = Сов. энциклопедия
| год = 1988
| том = 1
| страницы = 216
| столбцы =
| страниц = 623
| серия =
| isbn =
| doi =
| тираж =
| ref =
}}


== Ссылки ==
== Ссылки ==
Строка 111: Строка 68:
* [http://www.iupac.org/publications/pac/series/atomicweights/ Публикации атомных масс 1969—2013] — в журнале «Pure and Applied Chemistry», на сайте [[ИЮПАК]]
* [http://www.iupac.org/publications/pac/series/atomicweights/ Публикации атомных масс 1969—2013] — в журнале «Pure and Applied Chemistry», на сайте [[ИЮПАК]]
* [http://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=&ascii=html&isotype=some Атомные массы всех изотопов]
* [http://physics.nist.gov/cgi-bin/Compositions/stand_alone.pl?ele=&ascii=html&isotype=some Атомные массы всех изотопов]
* [http://www.nndc.bnl.gov/masses/ AME2003 atomic mass evaluation]
* [http://www.nndc.bnl.gov/masses/ AME2020 atomic mass evaluation] {{Wayback|url=http://www.nndc.bnl.gov/masses/ |date=20190111232533 }}
* [https://web.archive.org/web/20080916054253/http://www.nndc.bnl.gov/amdc/ Atomic Mass Data Center]
* [https://web.archive.org/web/20080916054253/http://www.nndc.bnl.gov/amdc/ Atomic Mass Data Center]



Текущая версия от 01:37, 6 сентября 2023

А́томная ма́сса — масса атома. Единица измерения в СИ — килограмм, обычно применяется внесистемная единица — атомная единица массы.

Общие сведения

[править | править код]

Одним из фундаментальных свойств атома является его масса. Абсолютная масса атома — величина чрезвычайно малая. Так, атом водорода имеет массу около 1,67⋅10−24 г[1]. Поэтому в химии (преимущественно для практических целей) значительно удобнее пользоваться относительной (условной) величиной, которую называют относительной атомной массой или просто атомной массой и которая показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы атома другого элемента, принятой за единицу измерения массы.

В качестве единицы измерения атомных и молекулярных масс принята 112 часть массы нейтрального атома наиболее распространённого изотопа углерода 12C[2]. Эта внесистемная единица измерения массы получила название атомная единица массы (а. е. м.) или дальтон (обозначение: Да; единица названа в честь Дж. Дальтона).

Разность между атомной массой изотопа и его массовым числом называется избытком массы (обычно его выражают в МэВ). Он может быть как положительным, так и отрицательным; причина его возникновения — нелинейная зависимость энергии связи ядер от числа протонов и нейтронов, а также различие в массах протона и нейтрона.

Зависимость атомной массы изотопа от массового числа такова: избыток массы положителен у водорода-1, с ростом массового числа он уменьшается и становится отрицательным, пока не достигается минимум у железа-56, потом начинает расти и возрастает до положительных значений у тяжёлых нуклидов. Это соответствует тому, что деление ядер, более тяжёлых, чем железо, высвобождает энергию, тогда как деление лёгких ядер требует энергии. Напротив, слияние ядер легче железа высвобождает энергию, слияние же элементов тяжелее железа требует дополнительной энергии.

Атомная масса химического элемента (также «средняя атомная масса», «стандартная атомная масса») является средневзвешенной атомной массой всех существующих в природе стабильных и нестабильных изотопов данного химического элемента с учётом их природной (процентной) распространённости в земной коре и атмосфере. Именно эта атомная масса представлена в периодической таблице Д. И. Менделеева, её используют в стехиометрических расчётах. Атомная масса элемента с нарушенным изотопным соотношением (например, обогащённого каким-либо изотопом) отличается от стандартной. Для моноизотопных элементов (таких как иод, золото и т. п.) атомная масса элемента совпадает с атомной массой его единственного представленного в природной смеси изотопа. Для химических элементов, отсутствующих в природе (синтетических химических элементов), таких как технеций, кюрий и т. п., в качестве атомной массы элемента условно указывают массовое число наиболее стабильного из известных изотопов этого элемента; такие значения в таблице Менделеева традиционно указываются в квадратных скобках.

Наиболее точные значения атомных масс, измеренные на текущий момент, можно найти в регулярно, раз в несколько лет выходящей под эгидой ИЮПАК публикации Atomic Mass Evaluation (AME)[3]. На 2022 год последней публикацией является AME2020[4].

Относительная атомная масса

[править | править код]

Относи́тельная а́томная ма́сса (устаревшее название — атомный вес) — значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы, определяется как отношение массы атома данного элемента к 112 массы нейтрального атома изотопа углерода 12C. Из определения следует, что относительная атомная масса является безразмерной величиной[5].

Молекулярная (молярная) масса

[править | править код]

Молекулярной массой химического соединения называется сумма атомных масс элементов, составляющих его, умноженных на стехиометрические коэффициенты элементов по химической формуле соединения. Строго говоря, масса молекулы меньше массы составляющих её атомов на величину, равную энергии связи молекулы (см. выше). Однако этот дефект массы на 9—10 порядков меньше массы молекулы, и им можно пренебречь.

Определение молячисла Авогадро) выбирается таким образом, чтобы масса одного моля вещества (молярная масса), выраженная в граммах (на моль), была численно равна атомной (или молекулярной) массе этого вещества. Например, атомная масса железа равна 55,847 а. е. м. Следовательно, один моль железа (то есть количество атомов железа, равное числу Авогадро, ≈6,022⋅1023) имеет массу 55,847 г.

Прямое сравнение и измерение масс атомов и молекул выполняется с помощью масс-спектрометрических методов.

При вычислениях атомных масс изначально (с начала XIX века, по предложению Дж. Дальтона; см. Атомистическая теория Дальтона) за единицу массы [относительную] принимали массу атома водорода как самого лёгкого элемента и по отношению к нему вычисляли массы атомов других элементов. Но так как атомные массы большинства элементов определяются, исходя из состава их кислородных соединений, то фактически вычисления производились по отношению к атомной массе кислорода, которая принималась равной 16; отношение между атомными массами кислорода и водорода считали равным 16 : 1. Впоследствии более точные измерения показали, что это отношение равно 15,874 : 1 или, что то же самое, 16 : 1,0079, — в зависимости от того, к какому атому — кислорода или водорода — относить целочисленное значение. Изменение атомной массы кислорода повлекло бы за собой изменение атомных масс большинства элементов. Поэтому было решено оставить для кислорода атомную массу 16, приняв атомную массу водорода равной 1,0079.

Таким образом, за единицу атомной массы принималась 116 часть массы атома кислорода, получившая название кислородной единицы. В дальнейшем было установлено, что природный кислород представляет собой смесь изотопов, так что кислородная единица массы характеризует среднее значение массы атомов природных изотопов кислорода (кислорода-16, кислорода-17 и кислорода-18), которое оказалось непостоянным из-за природных вариаций изотопного состава кислорода. Для атомной физики такая единица оказалась неприемлемой, и в этой отрасли науки за единицу атомной массы была принята 116 часть массы атома кислорода 16O. В результате оформились две шкалы атомных масс — химическая и физическая. Наличие двух шкал атомных масс создавало большие неудобства. Величины многих констант, рассчитанных по физической и химической шкалам, оказывались различными[6]. Это неприемлемое положение привело к введению углеродной шкалы атомных масс вместо кислородной.

Единая шкала относительных атомных масс и новая единица атомной массы принята Международным съездом физиков (1960) и унифицирована Международным съездом химиков (1961; спустя 100 лет после 1-го Международного съезда химиков), вместо предыдущих двух кислородных единиц атомной массы — физической и химической. Кислородная химическая единица равна 0,999957 новой углеродной единицы атомной массы. В современной шкале относительные атомные массы кислорода и водорода равны соответственно 15,9994 : 1,0079… Поскольку новая единица атомной массы привязана к конкретному изотопу, а не к среднему значению атомной массы химического элемента, природные изотопные вариации не сказываются на воспроизводимости этой единицы.

Примечания

[править | править код]
  1. См. Фундаментальные физические постоянные#Некоторые другие физические постоянные.
  2. Поэтому атомная масса этого изотопа по определению равна 12 (а. е. м.) точно
  3. Atomic Mass Evaluation (AME) Архивная копия от 11 января 2019 на Wayback Machine
  4. Huang W. J., Meng Wang, Kondev F. G., Audi G., Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (I). Evaluation of input data, and adjustment procedures (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 43, iss. 3. — P. 030002-1—030002-342. — doi:10.1088/1674-1137/abddb0.
    Meng Wang, Huang W. J., Kondev F. G., Audi G., Naimi S. The Ame2020 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references (англ.) // Chinese Physics C. — 2021. — Vol. 43, iss. 3. — P. 030003-1—030003-512. — doi:10.1088/1674-1137/abddaf.
  5. Чертов А. Г. Единицы физических величин. — М.: «Высшая школа», 1977. — 287 с.
  6. Некрасов Б. В. Основы общей химии. — 3-е изд. — М.: Химия, 1973. — Т. I. — С. 22—27.'

Литература

[править | править код]