Относительная атомная масса

Относительная атомная масса (обозначение: Ar _в ; 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 данном образце к атомная массовая константа . Постоянная атомной массы (символ: m _u ) определяется как ⁠ 1/12 ⁠ 12 - массы атома углерода . ^[1]^[2] Поскольку обе величины в соотношении являются массами, результирующая величина безразмерна. 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 широко 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 « стандартная атомная масса» (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 атома массы ¹²C в основном состоянии . ^[13]

Определение ИЮПАК ^[1] относительной атомной массы равна:

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

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 содержанию изотопов и атомным весам (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 кислорода-16 относительную изотопную массу , либо относительную атомную массу кислорода (т. е. атомный вес). см. статью по истории современной единой атомной единицы массы Для решения этих проблем .

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. пример для трех изотопов кремния Ниже приведен . Удобная единица измерения атомной массы — дальтон (Да), который также называют единой атомной единицей массы (u).

Относительная константе изотопная масса — это отношение массы отдельного атома к 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. Доступны высокоточные атомные массы. ^[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 совпадают с изотопными массами каждого из единичных встречающихся в природе нуклидов этих элементов) известны с особенно высокой точностью. существует погрешность всего в одну часть из 38 миллионов Например, для относительной атомной массы фтора , точность, которая превышает текущее лучшее значение константы Авогадро (одна часть из 20 миллионов).

Изотоп	Атомная масса ^[18]	Избыток ^[19]
Изотоп	Атомная масса ^[18]	Стандартный	Диапазон
²⁸И	27.976 926 532 46 (194)	92.2297(7)%	92.21–92.25%
²⁹И	28.976 494 700 (22)	4.6832(5)%	4.67–4.69%
³⁰И	29.973 770 171 (32)	3.0872(5)%	3.08–3.10%

Расчет проиллюстрирован на примере кремния , относительная атомная масса которого особенно важна в метрологии . Кремний существует в природе в виде смеси трех изотопов: ²⁸И, ²⁹Си и ³⁰Си. Атомные массы этих нуклидов известны с точностью до одной части к 14 миллиардам. ²⁸Si и примерно одна миллиардная часть для остальных. Однако диапазон естественного содержания изотопов таков, что стандартное содержание можно определить только примерно ± 0,001% (см. Таблицу).

Расчет следующий:

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

Оценка неопределенности сложна , ^[21] тем более, 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 частей на миллион.

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]

См. также

Примечания

^ Есть только два последствия переопределения, которые имеют отношение к настоящей статье. Во-первых, молярная масса углерода-12, М ( ¹²C) по определению больше не равна точно 12 г/моль, а вместо этого должна определяться экспериментально и, следовательно, имеет неопределенность. Его текущая лучшая цена ^[4]^[5]^: 49 составляет 11,999 999 9958 (36) г/моль. Здесь «(36)» является мерой неопределенности; по сути, «58» (последние две цифры в 11.999 999 9958 ) следует понимать как «58 ± 36», как объяснено здесь . Однако это так близко к старому значению 12 г/моль (относительная разница 3,5 × 10 ^-10), что в подавляющем большинстве приложений M ( ¹²в) все же можно принять равной ровно 12 г/моль; это, конечно, так задумано. Во-вторых, постоянная Авогадро теперь _NA в точности равна 6,022 140 76 × 10. ²³ реципрокные моли по определению, тогда как раньше их приходилось определять экспериментально и, таким образом, существовала неопределенность. ^[3]^: 134
^ Сразу после переопределения в 2019 году M ( ¹²В) равнялось 12,000 000 0000 (54) г/моль, что соответствовало относительной стандартной неопределенности. ^[6] 4,5 × 10 ^-10. Эта неопределенность была «унаследована» от относительной стандартной неопределенности, которую продукт h N _A имел непосредственно перед переопределением: также 4,5 × 10 ^-10. (Здесь h — постоянная Планка . После переопределения произведение h N _A имеет точное значение по определению.) ^[7]^: 143 И наоборот, непосредственно перед переопределением константа Авогадро имела _NA измеренное значение 6,022 140 758 (62) × 10. ²³ обратные моли , соответствующие относительной стандартной неопределенности 1,0 × 10 ^-8.Обратите внимание, что непосредственно перед переопределением произведение h NA _было известно гораздо точнее, чем h или NA _. по отдельности ^[7]^: 139).

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Международный союз теоретической и прикладной химии (1980). «Атомный вес элементов 1979 г.» (PDF) . Чистое приложение. хим. 52 (10): 2349–84. дои : 10.1351/pac198052102349 .
^ 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.
^ Перейти обратно: ^а ^б 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.
^ «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.
^ 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). дои : 10.1103/RevModPhys.93.025010 . ПМЦ 9890581 .
^ «Стандартная неопределенность и относительная стандартная неопределенность» . на CODATA Ссылка . НИСТ . Архивировано из оригинала 24 июля 2023 года . Проверено 30 августа 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б 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 .
^ Определение образца элемента
^ 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 .
^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Относительная атомная масса ». дои : 10.1351/goldbook.R05258
^ Золотая книга ИЮПАК - атомный вес
^ Золотая книга ИЮПАК - относительная атомная масса (атомный вес), А р
^ Золотая книга ИЮПАК - единая атомная единица массы
^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 21, 160. ISBN. 978-0-08-022057-4 .
^ 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 .
^ Золотая книга ИЮПАК - стандартные атомные веса
^ Национальный институт стандартов и технологий . Атомный вес и изотопный состав всех элементов .
^ Перейти обратно: ^а ^б
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
^ Перейти обратно: ^а ^б Росман, KJR; Тейлор, PDP (1998), «Изотопный состав элементов 1997» (PDF) , Pure and Applied Chemistry , 70 (1): 217–35, doi : 10.1351/pac199870010217
^ Коплен, ТБ; и др. (2002), «Вариации изотопного содержания выбранных элементов» (PDF) , Pure and Applied Chemistry , 74 (10): 1987–2017, doi : 10.1351/pac200274101987
^ 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 .
^ Холден, Норман Э. (2004). «Атомные веса и Международный комитет — исторический обзор» . Химия Интернэшнл . 26 (1): 4–7.
^ «Изменения в таблице Менделеева» . Архивировано из оригинала 15 июля 2019 г.

Дальнейшее чтение

Поссоло, Антонио; ван дер Вин, Адриан М.Х.; Мейя, Юрис; Бринн Хибберт, Д. (04 января 2018 г.). «Интерпретация и распространение неопределенности стандартных атомных весов (Технический отчет ИЮПАК)» . Чистая и прикладная химия . 90 (2): 395–424. дои : 10.1515/pac-2016-0402 . S2CID 145931362 . Проверено 8 февраля 2019 г.

Внешние ссылки

[6] Есть только два последствия переопределения, которые имеют отношение к настоящей статье. Во-первых, молярная масса углерода-12, М ( ¹²C) по определению больше не равна точно 12 г/моль, а вместо этого должна определяться экспериментально и, следовательно, имеет неопределенность. Его текущая лучшая цена ^[4]^[5]^: 49 составляет 11,999 999 9958 (36) г/моль. Здесь «(36)» является мерой неопределенности; по сути, «58» (последние две цифры в 11.999 999 9958 ) следует понимать как «58 ± 36», как объяснено здесь . Однако это так близко к старому значению 12 г/моль (относительная разница 3,5 × 10 ^-10), что в подавляющем большинстве приложений M ( ¹²в) все же можно принять равной ровно 12 г/моль; это, конечно, так задумано. Во-вторых, постоянная Авогадро теперь _NA в точности равна 6,022 140 76 × 10. ²³ реципрокные моли по определению, тогда как раньше их приходилось определять экспериментально и, таким образом, существовала неопределенность. ^[3]^: 134

[9] Сразу после переопределения в 2019 году M ( ¹²В) равнялось 12,000 000 0000 (54) г/моль, что соответствовало относительной стандартной неопределенности. ^[6] 4,5 × 10 ^-10. Эта неопределенность была «унаследована» от относительной стандартной неопределенности, которую продукт h N _A имел непосредственно перед переопределением: также 4,5 × 10 ^-10. (Здесь h — постоянная Планка . После переопределения произведение h N _A имеет точное значение по определению.) ^[7]^: 143 И наоборот, непосредственно перед переопределением константа Авогадро имела _NA измеренное значение 6,022 140 758 (62) × 10. ²³ обратные моли , соответствующие относительной стандартной неопределенности 1,0 × 10 ^-8.Обратите внимание, что непосредственно перед переопределением произведение h NA _было известно гораздо точнее, чем h или NA _. по отдельности ^[7]^: 139).

[IUPAC1979-1] Перейти обратно: ^а ^б Международный союз теоретической и прикладной химии (1980). «Атомный вес элементов 1979 г.» (PDF) . Чистое приложение. хим. 52 (10): 2349–84. дои : 10.1351/pac198052102349 .

[GreenBook-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.

[SIBrochure9thEd-3] Перейти обратно: ^а ^б 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.

[NIST_MC12-4] «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.

[CODATA_2018-5] 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). дои : 10.1103/RevModPhys.93.025010 . ПМЦ 9890581 .

[7] «Стандартная неопределенность и относительная стандартная неопределенность» . на CODATA Ссылка . НИСТ . Архивировано из оригинала 24 июля 2023 года . Проверено 30 августа 2023 г.

[CODATA_2017_Special_Adjustment-8] Перейти обратно: ^а ^б 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 .

[10] Определение образца элемента

[IUPAChist-11] 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 .

[12] ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Относительная атомная масса ». дои : 10.1351/goldbook.R05258

[13] Золотая книга ИЮПАК - атомный вес

[14] Золотая книга ИЮПАК - относительная атомная масса (атомный вес), А р

[15] Золотая книга ИЮПАК - единая атомная единица массы

[16] Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 21, 160. ISBN. 978-0-08-022057-4 .

[Rev2000-17] 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 .

[18] Золотая книга ИЮПАК - стандартные атомные веса

[NIST-19] Национальный институт стандартов и технологий . Атомный вес и изотопный состав всех элементов .

[AME2003-20] Перейти обратно: ^а ^б 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

[21] 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

[22] 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

[TICE1997-21] Перейти обратно: ^а ^б Росман, KJR; Тейлор, PDP (1998), «Изотопный состав элементов 1997» (PDF) , Pure and Applied Chemistry , 70 (1): 217–35, doi : 10.1351/pac199870010217

[IAvar-22] Коплен, ТБ; и др. (2002), «Вариации изотопного содержания выбранных элементов» (PDF) , Pure and Applied Chemistry , 74 (10): 1987–2017, doi : 10.1351/pac200274101987

[Meija-23] 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 .

[Holden-24] Холден, Норман Э. (2004). «Атомные веса и Международный комитет — исторический обзор» . Химия Интернэшнл . 26 (1): 4–7.

[25] «Изменения в таблице Менделеева» . Архивировано из оригинала 15 июля 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[а]

[б]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[4]

[5]

[6]

[7]