Относительная атомная масса - Relative atomic mass

Не путать с атомная масса.
Смотрите также: стандартный атомный вес

Относительная атомная масса (символ: Ар) или атомный вес безразмерный физическое количество определяется как отношение среднего масса из атомы из химический элемент в данном образце к постоянная атомной массы. Постоянная атомной массы (обозначение: мты) определяется как 1/12 массы углерод-12 атом.[1][2] Поскольку обе величины в соотношении являются массами, результирующее значение безразмерно; следовательно, значение называется относительный.

Для одного данного образца относительная атомная масса данного элемента равна взвешенное среднее арифметическое масс отдельных атомов (включая их изотопы ), присутствующие в образце. Это количество может существенно различаться между образцами, поскольку происхождение образца (и, следовательно, его радиоактивный история или история распространения), возможно, привели к уникальным комбинациям изотопных изобилие. Например, из-за разной смеси стабильного углерода-12 и углерод-13 изотопов, образец элементарного углерода из вулканических метан будет иметь другую относительную атомную массу, чем полученная из тканей растений или животных.

Более распространенное и более конкретное количество, известное как стандартный атомный вес (Аr, стандарт) представляет собой приложение значений относительной атомной массы, полученных из нескольких различных образцов. Иногда его интерпретируют как ожидаемый диапазон относительных значений атомной массы для атомов данного элемента из всех земных источников, причем различные источники взято с Земли.[3] «Атомный вес» часто вольно и неправильно используется как синоним стандартного атомного веса (неправильно, потому что стандартные атомные веса не взяты из единственного образца). Тем не менее, стандартный атомный вес является наиболее широко публикуемым вариантом относительной атомной массы.

Кроме того, продолжающееся использование термина «атомная масса» (для любого элемента) в отличие от «относительной атомной массы» вызвало серьезные споры, по крайней мере, с 1960-х годов, в основном из-за технической разницы между масса и масса в физике.[4] Тем не менее, оба условия официально санкционированы ИЮПАК. Термин «относительная атомная масса» теперь, кажется, заменяет «атомный вес» в качестве предпочтительного термина, хотя термин «стандарт атомный вес "(в отличие от более правильного"стандарт относительная атомная масса ») продолжает использоваться.

Определение

Относительная атомная масса определяется средней атомной массой, или средневзвешенное значение атомных масс всех атомов определенного химического элемента, обнаруженных в конкретном образце, которые затем сравниваются с атомной массой углерода-12.[5] Это сравнение представляет собой частное двух весов, что делает значение безразмерным (без единицы измерения). Это частное также объясняет слово относительный: значение массы пробы считается относительно массы углерода-12.

Это синоним атомного веса, хотя его не следует путать с относительная изотопная масса. Относительная атомная масса также часто используется как синоним стандартный атомный вес и эти величины могут иметь перекрывающиеся значения, если используется относительная атомная масса элемента с Земли при определенных условиях. Однако относительная атомная масса (атомный вес) все еще технически отличается от стандартной атомной массы, поскольку она применяется только к атомам, полученным из одного образца; он также не ограничивается наземными образцами, тогда как стандартный атомный вес усредняет несколько образцов, но только из наземных источников. Таким образом, относительная атомная масса является более общим термином, который может в более широком смысле относиться к образцам, взятым из неземных сред или высокоспецифичных земных сред, которые могут существенно отличаться от средних значений на Земле или отражать разные степени уверенность (например, в количестве значимые фигуры ), чем отраженные в стандартных атомных весах.

Текущее определение

Преобладающие определения ИЮПАК (взятые из "Золотая книга ") находятся:

атомный вес - См .: относительная атомная масса[6]

и

относительная атомная масса (атомная масса) - Отношение средней массы атома к единой атомной единице массы.[7]

Здесь «единая атомная единица массы» означает1⁄12 массы атома 12C в основном состоянии.[8]

Определение ИЮПАК[1] относительной атомной массы составляет:

Атомный вес (относительная атомная масса) элемента из указанного источника - это отношение средней массы на атом элемента к 1/12 массы атома 12С.

В определении намеренно указывается "An атомный вес ... ", так как элемент будет иметь разные относительные атомные массы в зависимости от источника. Например, бор из индюк имеет меньшую относительную атомную массу, чем бор из Калифорния, из-за его разных изотопный состав.[9][10] Тем не менее, учитывая стоимость и сложность изотопный анализ, вместо этого обычно заменяют табличные значения стандартные атомные веса, которые широко используются в химических лабораториях и пересматриваются каждые два года Комиссия по изотопному содержанию и атомным весам (CIAAW).[11]

Историческое использование

Старые (до 1961 г.) исторические относительные шкалы, основанные на атомной единице массы (обозначение: a.m.u. или же аму) использовали либо кислород-16 относительная изотопная масса или же относительная атомная масса кислорода (то есть атомная масса) для справки. См. Статью по истории современного единая атомная единица массы для решения этих проблем.

Стандартный атомный вес

Основная статья: Стандартный атомный вес

В ИЮПАК комиссия CIAAW поддерживает значение интервала ожидания для относительной атомной массы (или атомного веса) на Земле, называемой стандартным атомным весом. Стандартный атомный вес требует, чтобы источники были наземными, естественными и стабильными в отношении радиоактивности. Также есть требования к исследовательскому процессу. Для 84 стабильных элементов CIAAW определил этот стандартный атомный вес. Эти значения широко публикуются и называются «атомным весом» элементов для реальных веществ, таких как фармацевтические препараты и коммерческая торговля.

Кроме того, CIAAW опубликовал сокращенные (округленные) значения и упрощенные значения (для случаев, когда земные источники систематически меняются).

Другие меры массы атомов

Атомная масса (ма) - масса отдельного атома, с единицей измерения Да или же ты (в Далтон ). Он определяет массу конкретного изотопа, которая является входным значением для определения относительной атомной массы. Пример для трех кремний изотопы приведены ниже.

В относительный изотопический масса конкретно соотношение масса одного атома к масса единой атомной единицы массы. Эта величина тоже относительна, а потому безразмерна.

Определение относительной атомной массы

Основная статья: Изотопная геохимия

Современные относительные атомные массы (термин, характерный для данного образца элемента) рассчитываются на основе измеренных значений атомной массы (для каждого нуклид ) и изотопный состав образца. Доступны высокоточные атомные массы.[12][13] практически для всех нерадиоактивных нуклидов, но изотопные составы труднее измерить с высокой точностью и более подвержены различиям между образцами.[14][15] По этой причине относительные атомные массы 22 мононуклидные элементы (которые равны изотопным массам для каждого из отдельных встречающихся в природе нуклидов этих элементов) известны с особенно высокой точностью. Например, существует неопределенность только в одну часть из 38 миллионов для относительной атомной массы фтор, точность, превышающая текущее наилучшее значение для Константа Авогадро (одна часть на 20 миллионов).

ИзотопАтомная масса[13]Избыток[14]
СтандартКлассифицировать
28Si27.97692653246(194)92.2297(7)%92.21–92.25%
29Si28.976494700(22)4.6832(5)%4.67–4.69%
30Si29.973770171(32)3.0872(5)%3.08–3.10%

Расчет приведен на примере кремний, относительная атомная масса которого особенно важна в метрология. Кремний существует в природе как смесь трех изотопов: 28Si, 29Si и 30Si. Атомные массы этих нуклидов известны с точностью до одной части на 14 миллиардов для 28Si и примерно одну миллиардную долю для остальных. Однако диапазон природное изобилие для изотопов такова, что стандартное содержание может составлять только около ± 0,001% (см. таблицу).

Расчет выглядит следующим образом:

Ар(Si) = (27.97693 × 0.922297) + (28.97649 × 0.046832) + (29.97377 × 0.030872) = 28.0854

Оценка неуверенность это сложно,[16] особенно как распределение выборки не обязательно симметричен: стандартные относительные атомные массы ИЮПАК указаны с оценкой симметричной неопределенности,[17] а для кремния - 28,0855 (3). Относительная стандартная неопределенность этого значения составляет 1×10–5 или 10 частей на миллион.

Помимо этой погрешности измерения, некоторые элементы имеют вариации по источникам. То есть разные источники (океанская вода, скалы) имеют разную радиоактивную историю и разный изотопный состав. Чтобы отразить эту естественную изменчивость, ИЮПАК в 2010 году принял решение перечислить стандартные относительные атомные массы 10 элементов как интервал, а не фиксированное число.[18]

Смотрите также

  • Поссоло, Антонио; van der Veen, Adriaan M.H .; Мейя, Юрис; Бринн Хибберт, Д. (04.01.2018). «Интерпретация и распространение неопределенности стандартных атомных весов (Технический отчет IUPAC)». Получено 2019-02-08.

Рекомендации

  1. ^ а б Международный союз теоретической и прикладной химии (1980). "Атомный вес элементов 1979" (PDF). Pure Appl. Chem. 52 (10): 2349–84. Дои:10.1351 / pac198052102349.
  2. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (1993). Величины, единицы и символы в физической химии, 2-е издание, Oxford: Blackwell Science. ISBN  0-632-03583-8. п. 41. Электронная версия.
  3. ^ Определение элементной выборки
  4. ^ де Бьевр, Поль; Пайзер, Х. Штеффен (1992). "'Атомный вес »- название, история, определение и единицы" (PDF). Чистая и прикладная химия. 64 (10): 1535–43. Дои:10.1351 / pac199264101535.
  5. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "относительная атомная масса ". Дои:10.1351 / goldbook.R05258
  6. ^ Золотая книга ИЮПАК - атомный вес
  7. ^ Золотая книга ИЮПАК - относительная атомная масса (атомный вес), A r
  8. ^ Золотая книга ИЮПАК - единая атомная единица массы
  9. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов. Оксфорд: Pergamon Press. С. 21, 160. ISBN  978-0-08-022057-4.
  10. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2003). "Атомный вес элементов: обзор 2000" (PDF). Pure Appl. Chem. 75 (6): 683–800. Дои:10.1351 / pac200375060683.
  11. ^ Золотая книга ИЮПАК - стандартные атомные веса
  12. ^ Национальный институт стандартов и технологий. Атомный вес и изотопный состав для всех элементов.
  13. ^ а б Wapstra, A.H .; Audi, G .; Тибо, К. (2003), Оценка атомной массы AME2003 (Интернет-изд.), Национальный центр ядерных данных. По материалам:
  14. ^ а б Росман, К. Дж. Р .; Тейлор, П. Д. П. (1998), "Изотопные составы элементов 1997" (PDF), Чистая и прикладная химия, 70 (1): 217–35, Дои:10.1351 / pac199870010217
  15. ^ Coplen, T. B .; и другие. (2002), «Вариации изотопного содержания отдельных элементов» (PDF), Чистая и прикладная химия, 74 (10): 1987–2017, Дои:10.1351 / pac200274101987
  16. ^ Мейя, Юрис; Местер, Золтан (2008). «Распространение неопределенности результатов измерения атомной массы». Метрология. 45 (1): 53–62. Bibcode:2008метро..45 ... 53м. Дои:10.1088/0026-1394/45/1/008.
  17. ^ Холден, Норман Э. (2004). «Атомный вес и Международный комитет - исторический обзор». Chemistry International. 26 (1): 4–7.
  18. ^ «Изменения в Периодической таблице». Архивировано из оригинал на 2019-07-15.

внешняя ссылка