Относительная атомная масса: определение и современные значения

Введение

Тип атомного измерения

Относительная атомная масса (символ: А; иногда сокращается до RAM или r. a. m.), также известная под устаревшим синонимом атомный вес, является безразмерной физической величиной, определяемой как отношение средней массы атомов химического элемента в данной пробе к атомной массовой константе. Атомная массовая константа (символ: m) определяется как массы атома углерода 12. Поскольку обе величины в этом отношении являются массами, результирующее значение безразмерно. Эти определения остаются в силе даже после переопределения основных единиц СИ в 2019 году. Для данной статьи существенны лишь два следствия переопределения. Во-первых, молярная масса углерода 12, M(¹²C), больше не равна точно 12 г/моль по определению, а должна определяться экспериментально и, следовательно, имеет погрешность. Её наилучшее текущее значение составляет 11,9999999958(36) г/моль. Здесь «(36)» – показатель погрешности; по сути, «58» (последние две цифры в 11,9999999958) следует понимать как «58 ± 36», как объяснено здесь. Однако это значение очень близко к старому значению 12 г/моль (относительное отклонение составляет 3,5 × 10⁻¹⁰), поэтому в подавляющем большинстве случаев M(¹²C) можно по-прежнему считать равной 12 г/моль; это, разумеется, было предусмотрено. Во-вторых, постоянная Авогадро Nᴀ теперь точно равна 6,02214076 по определению, в то время как ранее её необходимо было определять экспериментально, и она имела погрешность 4,5 × 10⁻¹⁰. Эта погрешность была «унаследована» от относительной стандартной погрешности произведения hNᴀ непосредственно перед переопределением: также 4,5 × 10⁻¹⁰. (Здесь h – постоянная Планка. После переопределения произведение hNᴀ имеет точное значение по определению.) И наоборот, непосредственно перед переопределением постоянная Авогадро Nᴀ имела измеренное значение 6,022140758(62) × , что соответствует относительной стандартной погрешности 1,0 × 10⁻⁸. Следует отметить, что непосредственно перед переопределением произведение hNᴀ было известно гораздо точнее, чем h или Nᴀ по отдельности. «Атомный вес» часто неточно и свободно используется как синоним стандартного атомного веса (неточно, поскольку стандартные атомные веса не относятся к одной пробе). Тем не менее, стандартный атомный вес является наиболее часто публикуемым вариантом относительной атомной массы. Кроме того, продолжающееся использование термина «атомный вес» (для любого элемента) вместо «относительной атомной массы» вызывает значительные споры, по крайней мере, с 1960-х годов, главным образом из-за технической разницы между весом и массой в физике. Тем не менее, оба термина официально одобрены IUPAC. Термин «относительная атомная масса» теперь, по-видимому, заменяет «атомный вес» в качестве предпочтительного термина, хотя термин «стандартный атомный вес» (в отличие от более правильного «стандартная относительная атомная масса») продолжает использоваться.

Relative atomic mass (symbol: A; sometimes abbreviated RAM or r. a. m.), also known by the deprecated synonym atomic weight, is a dimensionless physical quantity defined as the ratio of the average mass of atoms of a chemical element in a given sample to the atomic mass constant. The atomic mass constant (symbol: m) is defined as being of the mass of a carbon 12 atom. Since both quantities in the ratio are masses, the resulting value is dimensionless. These definitions remain valid even after the 2019 redefinition of the SI base units. efn|There are only two consequences of the redefinition that are relevant to the present article. First, the molar mass of carbon 12, M(12C), is no longer exactly equal to 12 g/mol by definition, but instead has to be determined experimentally and thus has an uncertainty. Its current best value is 11.9999999958(36) g/mol. Here the “(36)” is a measure of the uncertainty; basically, the “58” (the last two digits in 11.9999999958) should be understood as “58 ± 36”, as explained here. However, this is so close to the old value of 12 g/mol (the relative difference is 3.5 × 10 10) that, in a vast majority of applications, M(12C) may still be taken to be exactly 12 g/mol; this is of course so by design. Second, the Avogadro constant NA is now exactly equal to 6.02214076 by definition, whereas previously it had to be determined experimentally and thus had an uncertainty. of 4.5 × 10 10. This uncertainty was “inherited” from the relative standard uncertainty that the product h NA had immediately prior to the redefinition: also 4.5 × 10 10. (Here h is the Planck constant. Following the redefinition, the product h NA has an exact value by definition.) Conversely, immediately prior to the redefinition, the Avogadro constant NA had a measured value of 6.022140758(62) × , corresponding to a relative standard uncertainty of 1.0 × 10 8. Note that immediately prior to the redefinition, the product h NA was known far more precisely than either h or NA individually "Atomic weight" is often loosely and incorrectly used as a synonym for standard atomic weight (incorrectly because standard atomic weights are not from a single sample). Standard atomic weight is nevertheless the most widely published variant of relative atomic mass. Additionally, the continued use of the term "atomic weight" (for any element) as opposed to "relative atomic mass" has attracted considerable controversy since at least the 1960s, mainly due to the technical difference between weight and mass in physics. Still, both terms are officially sanctioned by the IUPAC. The term "relative atomic mass" now seems to be replacing "atomic weight" as the preferred term, although the term "standard atomic weight" (as opposed to the more correct "standard relative atomic mass") continues to be used.

Определение

Относительная атомная масса определяется как средняя атомная масса, или средневзвешенная атомная масса всех атомов конкретного химического элемента, обнаруженных в определенном образце, которая затем сравнивается с атомной массой углерода-12. Это сравнение представляет собой отношение двух масс, что делает значение безразмерным (не имеющим единицы измерения). Это отношение также объясняет слово "относительная": значение массы образца рассматривается в отношении 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 совпадать, если используется относительная атомная масса элемента, полученного с Земли в определенных условиях. Однако относительная атомная масса (атомный вес) технически отличается от стандартного атомного веса, поскольку она применяется только к атомам, полученным из одного образца; она также не ограничивается земными образцами, в то время как стандартный атомный вес представляет собой среднее значение по нескольким образцам, взятым только с Земли. Таким образом, относительная атомная масса является более общим понятием, которое может шире применяться к образцам, взятым из внеземной среды или из очень специфических земных условий, которые могут существенно отличаться от среднего значения для Земли или отражать различные степени точности (например, в количестве значащих цифр), чем те, что отражены в стандартных атомных массах.

Историческое использование

Более старые (до 1961 года) исторические относительные шкалы, основанные на атомной единице массы (символ: а. м. у. или аму), использовали в качестве эталона либо относительную изотопную массу изотопа кислорода-16, либо относительную атомную массу кислорода (то есть атомный вес). Подробности о разрешении этих проблем можно найти в статье об истории современной унифицированной атомной единицы массы.

Стандартная атомная масса

Комиссия IUPAC CIAAW поддерживает интервал ожидаемых значений для относительной атомной массы (или атомного веса) на Земле, называемый стандартным атомным весом. Стандартный атомный вес требует, чтобы источники были земными, природными и стабильными в отношении радиоактивности. Также предъявляются требования к процессу определения. Для 84 стабильных элементов CIAAW определил этот стандартный атомный вес. Эти значения широко публикуются и обычно используются как "атомный вес" элементов в реальных веществах, таких как фармацевтические препараты и в коммерческой торговле. Помимо этого, CIAAW опубликовал сокращенные (округленные) значения и упрощенные значения (для случаев, когда земные источники систематически различаются).

Другие измерения массы атомов

Атомная масса (ma) — это масса отдельного атома. Она определяет массу конкретного изотопа, которая служит исходным значением для определения относительной атомной массы. Ниже приведен пример для трех изотопов кремния. Удобной единицей измерения атомной массы является дальтон (Da), также называемый унифицированной атомной единицей массы (u). Относительная изотопная масса — это отношение массы отдельного атома к атомной массе постоянной (1 = mu = 1 Да). Это отношение является безразмерной величиной.