stringtranslate.com

Относительная атомная масса

Относительная атомная масса (обозначение: Ar ; иногда сокращенно RAM или ram ), также известная под устаревшим синонимом атомный вес , представляет собой безразмерную физическую величину , определяемую как отношение средней массы атомов химического элемента в данном образце к атомная массовая константа . Постоянная атомной массы (символ: m u ) определяется как1/12массы атома углерода-12 . [1] [2] Поскольку обе величины в соотношении являются массами, полученное значение безразмерно. Эти определения остаются в силе [3] :134  даже после переопределения базовых единиц СИ в 2019 году . [а] [б]

Для отдельного данного образца относительная атомная масса данного элемента представляет собой средневзвешенное арифметическое масс отдельных атомов (включая все его изотопы ), присутствующих в образце. Это количество может значительно различаться между образцами, поскольку происхождение образца (и, следовательно, его радиоактивная история или история диффузии) могло привести к появлению комбинаций содержаний изотопов в различных соотношениях. Например, из-за другой смеси стабильных изотопов углерода-12 и углерода-13 образец элементарного углерода из вулканического метана будет иметь другую относительную атомную массу, чем образец, собранный из тканей растений или животных.

Более распространенная и более конкретная величина, известная как стандартный атомный вес ( A r,standard ), представляет собой применение относительных значений атомной массы, полученных из множества различных образцов. Иногда его интерпретируют как ожидаемый диапазон относительных значений атомной массы атомов данного элемента из всех земных источников, при этом различные источники берутся с Земли . [8] «Атомный вес» часто вольно и неправильно используется как синоним стандартного атомного веса (неправильно, потому что стандартные атомные веса взяты не из одного образца). Тем не менее, стандартный атомный вес является наиболее широко публикуемым вариантом относительной атомной массы.

Кроме того, продолжающееся использование термина «атомный вес» (для любого элемента) в отличие от «относительной атомной массы» вызвало серьезные споры, по крайней мере, с 1960-х годов, главным образом из-за технической разницы между весом и массой в физике. [9] Тем не менее, оба термина официально одобрены ИЮПАК . Термин «относительная атомная масса», похоже, теперь заменяет «атомный вес» в качестве предпочтительного термина, хотя термин « стандартный атомный вес» (в отличие от более правильного « стандартная относительная атомная масса») продолжает использоваться.

Определение

Относительная атомная масса определяется средней атомной массой или средневзвешенным значением атомных масс всех атомов определенного химического элемента, обнаруженных в конкретном образце, которое затем сравнивается с атомной массой углерода-12. [10] Это сравнение представляет собой частное соотношение двух весов, что делает значение безразмерным (без единиц измерения). Этот коэффициент также объясняет слово « относительный» : значение массы образца считается относительно массы углерода-12.

Это синоним атомного веса, хотя его не следует путать с относительной изотопной массой . Относительная атомная масса также часто используется как синоним стандартного атомного веса, и эти величины могут иметь перекрывающиеся значения, если используемая относительная атомная масса соответствует массе элемента с Земли в определенных условиях. Однако относительная атомная масса (атомный вес) по-прежнему технически отличается от стандартного атомного веса, поскольку она применяется только к атомам, полученным из одного образца; он также не ограничивается земными образцами, тогда как стандартный атомный вес усредняет несколько образцов, но только из земных источников. Таким образом, относительная атомная масса — это более общий термин, который может в более широком смысле относиться к образцам, взятым из внеземной среды или весьма специфической земной среды, которая может существенно отличаться от средней по Земле или отражать различную степень достоверности (например, по количеству значащих цифр ). чем отраженные в стандартных атомных весах.

Текущее определение

Преобладающие определения ИЮПАК (взятые из « Золотой книги »):

атомный вес — См.: относительная атомная масса [11]

и

относительная атомная масса (атомный вес) — отношение средней массы атома к единой атомной единице массы. [12]

Здесь «единая атомная единица массы» относится к 1/12 массы атома 12 С в его основном состоянии . [13]

Определение относительной атомной массы ИЮПАК [1] следующее:

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

В определении намеренно указывается « Атомный вес…», поскольку элемент будет иметь разные относительные атомные массы в зависимости от источника. Например, бор из Турции имеет меньшую относительную атомную массу, чем бор из Калифорнии , из-за другого изотопного состава . [14] [15] Тем не менее, учитывая стоимость и сложность изотопного анализа , обычной практикой является замена табличных значений стандартных атомных весов , которые повсеместно используются в химических лабораториях и пересматриваются раз в два года Комиссией ИЮПАК по изотопному содержанию. и атомные веса (CIAAW). [16]

Историческое использование

Более старые (до 1961 года) исторические относительные шкалы, основанные на единице атомной массы (символ: а.е.м. или а.е.м. ), использовали для справки либо относительную изотопную массу кислорода-16 , либо относительную атомную массу кислорода (т. е. атомный вес). Для решения этих проблем см. статью по истории современной единой атомной единицы массы .

Стандартный атомный вес

Комиссия IUPAC CIAAW поддерживает значение интервала ожидания для относительной атомной массы (или атомного веса) на Земле, называемое стандартным атомным весом . Стандартный атомный вес требует, чтобы источники были земными, естественными и стабильными в отношении радиоактивности. Также существуют требования к процессу исследования. 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 изменяются).

Другие меры массы атомов

Атомная масса ( m a ) — это масса одного атома. Он определяет массу конкретного изотопа, которая является входным значением для определения относительной атомной массы.Ниже приведенпример для трех изотопов кремния . Удобная единица измерения атомной массы — дальтон (Да), который также называют единой атомной единицей массы (u).

Относительная изотопная масса — это отношение массы отдельного атома к константе атомной массы ( m u = 1 Да ). Это соотношение безразмерно.

Определение относительной атомной массы

Современные относительные атомные массы (термин, характерный для данного образца элемента) рассчитываются на основе измеренных значений атомной массы (для каждого нуклида ) и изотопного состава образца. Высокоточные атомные массы доступны [17] [18] практически для всех нерадиоактивных нуклидов, но изотопный состав труднее измерить с высокой точностью и в большей степени подвержен различиям между образцами. [19] [20] По этой причине относительные атомные массы 22 мононуклидных элементов (которые такие же, как изотопные массы для каждого из отдельных встречающихся в природе нуклидов этих элементов) известны с особенно высокой точностью. Например, для относительной атомной массы фтора существует погрешность всего в одну часть из 38 миллионов , точность, которая превышает текущее лучшее значение константы Авогадро (одна часть из 20 миллионов).

Расчет приведен на примере кремния , относительная атомная масса которого особенно важна в метрологии . Кремний существует в природе в виде смеси трех изотопов: 28 Si, 29 Si и 30 Si. Атомные массы этих нуклидов известны с точностью до одной миллиардной для 28 Si и примерно до одной миллиардной для остальных. Однако диапазон естественного содержания изотопов таков, что стандартное содержание можно определить только с точностью около ±0,001% (см. Таблицу).

Расчет следующий:

А р (Si) = (27,976 93 × 0,922297) + (28,976 49 × 0,046832) + (29,973 77 × 0,030872) = 28,0854

Оценка неопределенности сложна , [21] особенно потому, что распределение выборки не обязательно симметрично: стандартные относительные атомные массы ИЮПАК указаны с расчетными симметричными неопределенностями, [22] , а значение для кремния составляет 28,0855(3). Относительная стандартная неопределенность этой величины составляет 1 × 10 –5 или 10 ppm.

Помимо этой неопределенности измерений, некоторые элементы имеют различия в зависимости от источника. То есть разные источники (океанская вода, горные породы) имеют разную радиоактивную историю и поэтому разный изотопный состав. Чтобы отразить эту естественную изменчивость, ИЮПАК принял решение в 2010 году перечислить стандартные относительные атомные массы 10 элементов в виде интервала, а не фиксированного числа. [23]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Есть только два последствия переопределения, которые имеют отношение к настоящей статье. Во-первых, молярная масса углерода-12, M ( 12 C), по определению больше не равна точно 12 г/моль, а вместо этого должна определяться экспериментально и, следовательно, имеет неопределенность. Его текущее лучшее значение [4] [5] : 49  составляет11,999 999 9958 (36) г/моль. Здесь «(36)» является мерой неопределенности; в основном, «58» (последние две цифры в11.999 999 9958 ) следует понимать как «58±36», как поясняется здесь . Однако это настолько близко к старому значению 12 г/моль (относительная разница составляет 3,5 × 10 -10 ), что в подавляющем большинстве приложений M ( 12 C) все же можно принять равным ровно 12 г/моль. моль; это, конечно, так задумано. Во-вторых, постоянная Авогадро NA теперь в точности равна6,022 140 76 × 10 23  обратных молей по определению, тогда как раньше это приходилось определять экспериментально и, следовательно, имело неопределенность. [3] : 134 
  2. ^ Сразу после переопределения в 2019 году M ( 12 C) было равно12,000 000 0000 (54) г/моль, что соответствует относительной стандартной неопределенности [6] 4,5 × 10 -10 . Эта неопределенность была «унаследована» от относительной стандартной неопределенности, которую имело произведение h N A непосредственно перед переопределением: также 4,5 × 10 -10 . (Здесь h — постоянная Планка . После переопределения произведение h NA имеет точное значение по определению.) [7] : 143  И наоборот, непосредственно перед переопределением постоянная Авогадро NA имела измеренное значение6,022 140 758 (62) ×10 23  обратных моля , что соответствует относительной стандартной неопределенности 1,0 × 10 -8 . Заметим , что непосредственно перед переопределением произведение hNA было известно гораздо точнее, чем h или NA по отдельности [7] :139  ).

Рекомендации

  1. ^ ab Международный союз теоретической и прикладной химии (1980). «Атомный вес элементов 1979 г.» (PDF) . Чистое приложение. хим. 52 (10): 2349–84. дои : 10.1351/pac198052102349 .
  2. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (1993). Количества, единицы и символы в физической химии , 2-е издание, Оксфорд: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 . п. 41. Электронная версия. 
  3. ^ ab Международное бюро мер и весов (20 мая 2019 г.), Международная система единиц (СИ) (PDF) (9-е изд.), ISBN 978-92-822-2272-0, заархивировано из оригинала 18 октября 2021 г.
  4. ^ «Значение CODATA 2018: молярная масса углерода-12» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . 20 мая 2019 года . Проверено 30 августа 2023 г.
  5. ^ Тиесинга, Эйте; Мор, Питер Дж.; Ньюэлл, Дэвид Б.; Тейлор, Барри Н. (30 июня 2021 г.). «Рекомендуемые CODATA значения фундаментальных физических констант: 2018». Обзоры современной физики . 93 (2). doi : 10.1103/RevModPhys.93.025010. ПМЦ 9890581 . 
  6. ^ «Стандартная неопределенность и относительная стандартная неопределенность». Ссылка на CODATA . НИСТ . Архивировано из оригинала 24 июля 2023 года . Проверено 30 августа 2023 г.
  7. ^ Аб Мор, Питер Дж; Ньюэлл, Дэвид Б; Тейлор, Барри Н; Тиесинга, Эйте (1 февраля 2018 г.). «Данные и анализ для корректировки специальных фундаментальных констант CODATA 2017». Метрология . 55 (1): 125–146. дои : 10.1088/1681-7575/aa99bc .
  8. ^ Определение образца элемента
  9. ^ де Бьевр, Поль; Пейзер, Х. Штеффен (1992). «Атомный вес - название, его история, определение и единицы измерения» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 64 (10): 1535–43. дои : 10.1351/pac199264101535.
  10. ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) «Относительная атомная масса». дои :10.1351/goldbook.R05258
  11. ^ Золотая книга ИЮПАК - атомный вес
  12. ^ Золотая книга ИЮПАК - относительная атомная масса (атомный вес), А р
  13. ^ Золотая книга ИЮПАК - единая атомная единица массы
  14. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов. Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 21, 160. ISBN. 978-0-08-022057-4.
  15. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2003). «Атомный вес элементов: обзор 2000 г.» (PDF) . Чистое приложение. хим. 75 (6): 683–800. дои : 10.1351/pac200375060683. S2CID  96800435.
  16. ^ Золотая книга ИЮПАК - стандартные атомные веса
  17. ^ Национальный институт стандартов и технологий . Атомный вес и изотопный состав всех элементов.
  18. ^ аб Вапстра, АХ; Ауди, Г.; Тибо, К. (2003), Оценка атомной массы AME2003 (онлайн-изд.), Национальный центр ядерных данных. На основе:
    • Вапстра, АХ; Ауди, Г.; Тибо, К. (2003), «Оценка атомной массы AME2003 (I)», Nuclear Physics A , 729 : 129–336, Бибкод : 2003NuPhA.729..129W, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.002
    • Ауди, Г.; Вапстра, АХ; Тибо, К. (2003), «Оценка атомной массы (II) AME2003», Nuclear Physics A , 729 : 337–676, Бибкод : 2003NuPhA.729..337A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003
  19. ^ аб Росман, KJR; Тейлор, PDP (1998), «Изотопный состав элементов 1997» (PDF) , Pure and Applied Chemistry , 70 (1): 217–35, doi : 10.1351/pac199870010217
  20. ^ Коплен, ТБ; и другие. (2002), «Вариации изотопного содержания отдельных элементов» (PDF) , Pure and Applied Chemistry , 74 (10): 1987–2017, doi : 10.1351/pac200274101987
  21. ^ Мейя, Юрис; Местер, Золтан (2008). «Распространение неопределенности результатов измерения атомного веса». Метрология . 45 (1): 53–62. Бибкод : 2008Метро..45...53М. дои : 10.1088/0026-1394/45/1/008. S2CID  122229901.
  22. ^ Холден, Норман Э. (2004). «Атомные веса и Международный комитет - исторический обзор». Химия Интернэшнл . 26 (1): 4–7.
  23. ^ «Изменения в таблице Менделеева». Архивировано из оригинала 15 июля 2019 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки