Массы атомов и молекул очень малы, поэтому в качестве единицы измерения удобно выбрать массу одного из атомов и выражать массы остальных атомов относительно нее. Именно так и поступал основоположник атомной теории Дальтон, который составил таблицу атомных масс, приняв массу атома водорода за единицу.

До 1961 года в физике за атомную единицу массы (а.е.м. сокращенно) принимали 1/16 массы атома кислорода 16 О, а в химии - 1/16 средней атомной массы природного кислорода, который является смесью трех изотопов. Химическая единица массы была на 0,03% больше, чем физическая.

В настоящее время за в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной единицы атомной массы выбрана 1/12 часть массы атома углерода 12 С.

1 а.е.м. = 1/12 m(12 С) = 1,66057x10 -27 кг = 1,66057x10 -24 г.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относительная атомная масса элемента (A r) - это безразмерная величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома 12 С.

При расчете относительной атомной массы учитывается распространенность изотопов элементов в земной коре. Например, хлор имеет два изотопа 35 Сl (75,5%) и 37 Сl (24,5%).Относительная атомная масса хлора равна:

A r (Cl) = (0,755xm(35 Сl) + 0,245xm(37 Сl)) / (1/12xm(12 С) = 35,5.

Из определения относительной атомной массы следует, что средняя абсолютная масса атома равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.:

m(Cl) = 35,5 x1,66057x10 -24 = 5,89x10 -23 г.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Атомная масса , относительная атомная масса (устаревшее название - атомный вес ) - значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы. В настоящее время атомная единица массы принята равной 1/12 массы нейтрального атома наиболее распространённого изотопа углерода 12C, поэтому атомная масса этого изотопа по определению равна точно 12. Для любого другого изотопа атомная масса не является целым числом, хотя и близка к массовому числу данного изотопа (т. е. суммарному количеству нуклонов - протонов и нейтронов - в его ядре). Разность между атомной массой изотопа и его массовым числом называется избытком массы (обычно его выражают в МэВах). 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 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 тяжелых 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 стабильных изотопов данного химического элемента с учётом их природной распространённости в земной коре и атмосфере. Именно эта атомная масса представлена в периодической таблице, её используют в стехиометрических расчетах. Атомная масса элемента с нарушенным изотопным соотношением (например, обогащённого каким-либо изотопом) отличается от стандартной.

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

Определение моля (и числа Авогадро) выбирается таким образом, чтобы масса одного моля вещества (молярная масса), выраженная в граммах, была численно равна атомной (или молекулярной) массе этого вещества. Например, атомная масса железа равна 55,847. Поэтому один моль атомов железа (т. е. их количество, равное числу Авогадро, 6,022·1023) содержит 55,847 граммов.

Прямое сравнение и измерение масс атомов и молекул выполняется с помощью масс-спектрометрических методов.
История
До 1960-х годов атомную массу определяли таким образом, чтобы изотоп кислород-16 имел атомную массу 16 (кислородная шкала). Однако соотношение кислорода-17 и кислорода-18 в природном кислороде, который также использовался в расчетах атомной массы, приводило к наличию двух разных таблиц атомных масс. Химики использовали шкалу, основанную на том, что естественная смесь изотопов кислорода должна была иметь атомную массу 16, тогда как физики присваивали то же число 16 атомной массе наиболее распространённого изотопа кислорода (имеющего восемь протонов и восемь нейтронов).
Википедия

Массы атомов и молекул очень малы, поэтому в качестве единицы измерения удобно выбрать массу одного из атомов и выражать массы остальных атомов относительно нее. Именно так и поступал основоположник атомной теории Дальтон, который составил таблицу атомных масс, приняв массу атома водорода за единицу.

До 1961 года в физике за атомную единицу массы (а.е.м. сокращенно) принимали 1/16 массы атома кислорода 16О, а в химии – 1/16 средней атомной массы природного кислорода, который является смесью трех изотопов. Химическая единица массы была на 0,03% больше, чем физическая.

В настоящее время за в физике и химии принята единая система измерения. В качестве стандартной единицы атомной массы выбрана 1/12 часть массы атома углерода 12С.

1 а.е.м. = 1/12 m(12С) = 1,66057x10-27 кг = 1,66057x10-24 г.

При расчете относительной атомной массы учитывается распространенность изотопов элементов в земной коре. Например, хлор имеет два изотопа 35Сl (75,5%) и 37Сl(24,5%).Относительная атомная масса хлора равна:

Ar(Cl) = (0,755xm(35Сl) + 0,245xm(37Сl)) / (1/12xm(12С) = 35,5.

Из определения относительной атомной массы следует, что средняя абсолютная масса атома равна относительной атомной массе, умноженной на а.е.м.:

m(Cl) = 35,5 x1,66057x10-24 = 5,89x10-23 г.

Примеры решения задач

Относительные атомные и молекулярные массы

Этот калькулятор предназначен для вычисления атомной массы элементов.

Атомная масса (также названный относительная атомная масса ) Является ли значение массы одного атома вещества. Относительная атомная масса выражена в единицах атомной массы. Относительная атомная масса отличительный (True) масса атом. В то же время фактическая масса атома слишком мала и поэтому непригодна для практического использования.

Атомная масса вещества влияет на количество протоны и нейтроны в ядре атома.

Масса электронов игнорируется, так как она очень мала.

Для определения атомной массы вещества необходимо ввести следующую информацию:

• Количество протонов — сколько протонов в ядре вещества;
• Количество нейтронов — сколько нейтронов в ядре вещества.

На основе этих данных калькулятор рассчитает атомную массу вещества, выраженную в единицах атомной массы.

Таблица химических элементов и их атомная масса водород H 1,0079 никель Существует нет 58,70 гелий он 4,0026 пекарь Cu 63,546 литий Li 6941 цинк Zn 65,38 бериллий быть 9,01218 Галлия Джорджия 69,72 Бор В 10,81 Германия GE 72,59 углерод С 12,011 мышьяк как 74,9216 азот N 14,0067 селен находятся 78,96 кислород о 15,9994 Бром бром 79904 фторид F 18,99840 криптон Cr 83,80 неон не 20,179 рубидий Rb 85,4678 натрий на 22,98977 стронций стер 87,62 магний мг 24,305 иттрий Y 88,9059 алюминий Al 26,98154 цирконий Zr 91,22 ниобий Nb 92,9064 Нобель не 255 молибден Mo 95,94 Лоренс Lr 256 технеций Тс 98,9062 Kurchatovy ка 261 рутений Ru 101,07 * * * родий резус 102.9055 * * * палладий Pd 106,4 * * * серебро Ag 107 868 * * * силиконовый вы 28,086 кадмий CD 112,40 фосфор P 30,97376 Индия 114,82 сера 32,06 олово Sn 118,69 хлор Cl 35,453 сурьма Sb 121,75 аргон Арканзас 39,948 теллур эти 127,60 калий К 39,098 йод Я 126,904 кальций Калифорния 40,08 ксенон Xe 131,30 скандий Южная Каролина 44,9559 цезий Cs 132.9054 Титан эти 47,90 барий ба 137,34 ванадий 50,9414 лантан ля 138.9055 хром Cr 51,996 церий Ce 140,12 марганец Миннесота 54,9380 Praseodim Pr 140.9077 железо Fe 55,847 Я не Nd 144,24 кобальт Co. 58,9332 прометий вечера Самария Sm 150,4 висмут бы 208.9804 европий Евросоюз 151,96 Полоний после 209 гадолиний Б-г 157,25 ASTAT в 210 тербий Tb 158.9254 радон Rn 222 диспрозий ду $ 16,50 Франция фр 223 Holmium эй 164.9304 радиус R 226.0254 эрбий Er 167,26 актиний переменный ток 227 тулий Tm 168.9342 торий го 232.0381 иттербий Yb 173,04 протактиний Пенсильвания 231.0359 Лютеция Lu 174,97 Уран U 238,029 гафний высокочастотный 178,49 нептуний Np 237.0482 тантал это 180.9479 плутоний Pu 244 вольфрам W 183,85 Америка Am 243 рений ре 186,207 кюри см 247 осмий OS 190,2 Беркли Б.К. 247 иридий инфракрасный 192,22 Калифорния сравни 251 платина Pt 195,09 Эйнштейн эс 254 золото Au 196.9665 ферми Fm 257 ртуть ртуть 200,59 Mendelevy Мэриленд 258 таллий Tl 204,37 * * * Свинец Pb 207,2 * * *

Относительная атомная масса элемента Состояние задачи: Определите массу молекулы кислорода. № задачи. 4.1.2 из «Сборника проблем подготовки предстоящих экзаменов в физике УГНТУ» информация: Решение: Рассмотрим молекулу молекулярного кислорода \ (\ nu \) (произвольное число). Напомним, что кислородная формула: O2. Чтобы найти массу (\ m) данного количества кислорода, молекулярная масса кислорода \ (M \) умножается на число молей \ (\ nu \). Используя таблицу Менделеев, легко установить, что молярная масса кислорода равна \ (М \) 32 г / моль или 0,032 кг / моль. В одном моле число авогадро молекул \ (N_A \) и v \ (\ nu \) mol — v \ (\ nu \) временами больше, т. Е. Чтобы найти массу одной молекулы \ (т_0 \), полную массу \ (т \) нужно разделить на число молекул \ (N \). \ [{m_0} = \ frac {m} {N} \] \ [{m_0} = \ frac {{\ nu \ cdot M}} {{\ nu \ cdot {N_A}}} \] \ {{M_0} = \ frac {M} {{{N_A}}} \] Число Авогадро (N_A1) — табличное значение, равное 6,022 · 1023 моль-1. Выполняем расчеты: \ [{M_0} = \ frac {{0,032}} {{6,022 \ cdot {{10} * {23}}}} = 5,3 \ cdot {10 ^ {- 26}} \; = 5,3 кг \ cdot {10 ^ {-23}} \; r \] Ответ: 5.3 · 10-23 г. Если вы не понимаете решение, и если у вас есть какие-либо вопросы или вы нашли ошибку, вы можете оставить комментарий ниже. Атомы очень маленькие и очень маленькие. Если мы выражаем массу атома химического элемента в граммах, то это будет число, для которого запятая составляет более двадцати нулей. Поэтому измерение массы атомов в граммах является неуместным. Однако, если мы принимаем очень малую массу на единицу, все остальные малые массы могут быть выражены как отношение между этой единицей. В качестве единицы измерения массы атома выбрана 1/12 часть массы атома углерода. Он называется 1/12 частью массы атома углерода атомная масса (Ae. Атомная масса формулы Относительная атомная масса значение равно отношению фактической массы атома конкретного химического элемента к 1/12 от фактической массы атома углерода. Это беспредельная величина, так как две массы разделены. Ar = математика. / (1/12) кружка. Тем не менее, абсолютная атомная масса равна относительной величине и имеет блок измерения amu. Это означает, что относительная атомная масса показывает, сколько раз масса данного атома превышает 1/12 атома углерода. Если атом Ar = 12, то его масса в 12 раз больше, чем 1/12 массы атома углерода или, другими словами, 12 единиц атомной массы. Это может быть только для углерода (C). На атоме водорода (H) Ar = 1. Это означает, что его масса равна массе 1/12 частей массы атома углерода. Для кислорода (O) относительная атомная масса равна 16 amu. Это означает, что атом кислорода в 16 раз больше, чем 1/12 атома углерода, он имеет 16 единиц атомной массы. Самый легкий элемент — водород. Его масса составляет около 1 а.е.м. На самых тяжелых атомах масса приближается к 300 а.е.м. Обычно для каждого химического элемента его значением является абсолютная масса атомов, выраженная как a. например. Значение единиц атомной массы записывается в периодической таблице. Концепция используется для молекул относительная молекулярная масса (г.) . Относительная молекулярная масса указывает, сколько раз масса молекулы больше 1/12 массы атома углерода. Однако, поскольку масса молекулы равна сумме масс ее атомных атомов, относительную молекулярную массу можно найти просто путем добавления относительных масс этих атомов. Например, молекула воды (H2O) содержит два атома водорода с Ar = 1 и один атом кислорода с Ar = 16. Следовательно, джентльмен (H2O) = 18. Многие вещества имеют немолекулярную структуру, например металлы. В этом случае их относительная молекулярная масса равна их относительной атомной массе. Химия называется значительным количеством массовая доля химического элемента в молекуле или веществе. Он показывает, насколько относительная молекулярная масса принадлежит этому элементу. Например, в воде водород имеет 2 части (как оба атома) и кислород 16. Это означает, что когда водород смешивается с 1 кг и 8 кг веса кислорода, они реагируют без остатка. Массовая доля водорода составляет 2/18 = 1/9, а содержание кислорода 16/18 = 8/9. Mikrobalance в противном случае поддержка , атомное равновесие (Английские микробные или английские нанотрубки) — это термин, относящийся к: большая группа аналитических приборов, точность которых измеряет массу от одного до нескольких сотен мкг; специальный инструмент высокой точности, который позволяет измерять массу объектов до 0,1 нг (nanovesy). описание Одна из первых ссылок на микроглобук относится к 1910 году, когда Уильям Рамсей был проинформирован о том, насколько он развился, позволяя определить вес диапазона 0,1 мм3 тела до 10-9 г (1 нг). В настоящее время термин «микробный» чаще используется для обозначения устройств, которые позволяют измерять и определять изменения массы в диапазоне микрограмм (10-6 граммов). Микробиологи вошли в практику современных исследовательских и промышленных лабораторий и выпускались в разных версиях с различной чувствительностью и соответствующими расходами. В то же время в области нанограмм разрабатывается методика измерения. химия. как найти относительную атомную массу? Когда мы говорим об измерении массы на уровне нанограмм, что важно для измерения массы атомов, молекул или кластеров, мы сначала учитываем масс-спектрометрию. В этом случае следует иметь в виду, что измерение массы с использованием этого метода подразумевает необходимость преобразования объектов взвешивания в ионы, что иногда очень нежелательно. Это не обязательно при использовании другого практически важного и широко используемого прибора для точного измерения массовых кварцевых микробов, механизм действия которых описан в соответствующей статье. ссылки Jensen K., Kwanpyo Kim, Zettl A. Атомный детектор атомного разрешения Наномечан // arXiv: 0809.2126 (12 сентября 2008 г.).

В процессе развития науки химия столкнулась с проблемой подсчёта количества вещества для проведения реакций и полученных в их ходе веществ.

На сегодня для подобных расчётов химической реакции между веществами и смесями используют значение относительной атомной массы, внесённой в периодическую таблицу химических элементов Д. И. Менделеева.

Химические процессы и влияние доли элемента в веществах на ход реакции

Современная наука под определением «относительная атомная масса химического элемента» подразумевает, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше одной двенадцатой части атома углерода.

С зарождением эры химии потребность в точных определениях хода химической реакции и её результатов росла.

Поэтому химики постоянно пытались решить вопрос о точных массах взаимодействующих элементов в веществе. Одним из лучших решений на то время была привязка к самому лёгкому элементу. И вес его атома был взят за единицу.

Исторический ход подсчёта вещества

Изначально использовался водород, затем кислород. Но этот способ расчёта оказался неточным. Причиной тому послужило наличие в кислороде изотопов с массой 17 и 18.

Поэтому, имея смесь изотопов, технически получали число, отличное от шестнадцати. На сегодня относительная атомная масса элемента рассчитывается исходя из принятого за основу веса атома углерода, в соотношении 1/12.

Дальтон заложил основы относительной атомной массы элемента

Лишь спустя некоторое время, в 19-м веке, Дальтон предложил вести расчёт по самому лёгкому химическому элементу - водороду. На лекциях своим студентам он демонстрировал на вырезанных из дерева фигурках, как соединяются атомы. По другим элементам он использовал данные, ранее полученные другими учёными.

По экспериментам Лавуазье в воде содержится пятнадцать процентов водорода и восемьдесят пять процентов кислорода. Имея эти данные, Дальтон рассчитал, что относительная атомная масса элемента, входящего в состав воды, в данном случае кислорода, составляет 5,67. Ошибочность его расчётов связана с тем, что он считал неверно относительно количества атомов водорода в молекуле воды.

По его мнению, на один атом кислорода приходился один атом водорода. Воспользовавшись данными химика Остина о том, что в составе аммиака 20 процентов водорода и 80 процентов азота, он рассчитал, чему равна относительная атомная масса азота. Имея этот результат, он пришёл к интересному выводу. Получалось, что относительная атомная масса (формула аммиака ошибочно была принята с одной молекулой водорода и азота) составляет четыре. В своих расчетах ученый опирался на периодическую систему Менделеева. По анализу он рассчитал, что относительная атомная масса углерода - 4,4, вместо принятых до этого двенадцати.

Несмотря на свои серьёзные промашки, именно Дальтон первым создал таблицу некоторых элементов. Она претерпела неоднократные изменения ещё при жизни учёного.

Изотопная составляющая вещества влияет на значение точности относительного атомного веса

При рассмотрении атомных масс элементов можно заметить, что точность по каждому элементу разная. К примеру, по литию она четырёхзначная, а по фтору - восьмизначная.

Проблема в том, что изотопная составляющая каждого элемента своя и непостоянна. Например, в обычной воде содержится три типа изотопа водорода. В их число, кроме обычного водорода, входит дейтерий и тритий.

Относительная атомная масса изотопов водорода составляет соответственно два и три. «Тяжёлая» вода (образованная дейтерием и тритием) испаряется хуже. Поэтому в парообразном состоянии изотопов воды меньше, чем в жидком состоянии.

Избирательность живых организмов к различным изотопам

Живые организмы обладают селективным свойством по отношению к углероду. На построение органических молекул используют углерод с относительной атомной массой, равной двенадцати. Поэтому вещества органического происхождения, а также ряд полезных ископаемых, таких как уголь и нефть, содержат меньше изотопной составляющей, чем неорганические материалы.
Микроорганизмы, перерабатывающие и накапливающие серу, оставляют после себя изотоп серы 32. В зонах, где бактерии не перерабатывают, доля изотопа серы - 34, то есть гораздо выше. Именно на основании соотношения серы в породах почвы геологи приходят к выводу о природе происхождения слоя - магматическую природу он имеет или же осадочную.

Из всех химических элементов только один не имеет изотопов - фтор. Поэтому его относительная атомная масса более точная, чем других элементов.

Существование в природе нестабильных веществ

У некоторых элементов относительная масса указана в квадратных скобках. Как видно, это элементы, расположенные после урана. Дело в том, что они не имеют устойчивых изотопов и распадаются с выделением радиоактивного излучения. Поэтому в скобках указан наиболее устойчивый изотоп.

Со временем выяснилось, что у некоторых из них возможно получить в искусственных условиях устойчивый изотоп. Пришлось менять в периодической таблице Менделеева атомные массы некоторых трансурановых элементов.

В процессе синтеза новых изотопов и измерения их продолжительности жизни порой удавалось обнаружить нуклиды с продолжительностью полураспада в миллионы раз дольше.

Наука не стоит на месте, постоянно открываются новые элементы, законы, взаимосвязи различных процессов в химии и природе. Поэтому, в каком виде окажется химия и периодическая система химических элементов Менделеева в будущем, лет через сто, - является туманным и неопределённым. Но хочется верить, что накопленные за прошедшие века труды химиков послужат новому, более совершенному знанию наших потомков.

Содержание статьи

АТОМНАЯ МАССА. Понятие об этой величине претерпевало длительные изменения в соответствии с изменением представления об атомах. Согласно теории Дальтона (1803), все атомы одного и того же химического элемента идентичны и его атомная масса – это число, равное отношению их массы к массе атома некоего стандартного элемента. Однако примерно к 1920 стало ясно, что элементы, встречающиеся в природе, бывают двух типов: одни действительно представлены идентичными атомами, а у других атомы имеют одинаковый заряд ядра, но разную массу; такие разновидности атомов были названы изотопами. Определение Дальтона, таким образом, справедливо только для элементов первого типа. Атомная масса элемента, представленного несколькими изотопами, есть средняя величина из массовых чисел всех его изотопов, взятых в процентном отношении, отвечающем их распространенности в природе.

В 19 в. в качестве стандарта при определении атомных масс химики использовали водород или кислород. В 1904 за стандарт была принята 1/16 средней массы атома природного кислорода (кислородная единица) и соответствующая шкала получила название химической. Масс-спектрографическое определение атомных масс проводилось на основе 1/16 массы изотопа 16 О, и соответствующая шкала называлась физической. В 1920-х годах было установлено, что природный кислород состоит из смеси трех изотопов: 16 О, 17 О и 18 О. В связи с этим возникли две проблемы. Во-первых, оказалось, что относительная распространенность природных изотопов кислорода немного варьирует, а значит, в основе химической шкалы лежит величина, не являющаяся абсолютной константой. Во-вторых, у физиков и химиков получались разные значения таких производных констант, как молярные объемы, число Авогадро и др. Решение вопроса было найдено в 1961, когда за атомную единицу массы (а.е.м.) была принята 1/12 массы изотопа углерода 12 С (углеродная единица). (1 а.е.м., или 1D (дальтон), в СИ-единицах массы составляет 1,66057Ч10 –27 кг.) Природный углерод также состоит из двух изотопов: 12 С – 99% и 13 С – 1%, но новые величины атомных масс элементов связаны только с первым из них. В результате была получена универсальная таблица относительных атомных масс. Изотоп 12 С оказался удобным и для физических измерений.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Атомную массу можно определить либо физическими, либо химическими методами. Химические методы отличаются тем, что на одном из этапов в них фигурируют не сами атомы, а их комбинации.

Химические методы.

Согласно атомной теории, числа атомов элементов в соединениях относятся между собой как небольшие целые числа (закон кратных отношений, который открыт Дальтоном). Поэтому для соединения известного состава можно определить массу одного из элементов, зная массы всех других. В некоторых случаях массу соединения можно измерить непосредственно, но обычно ее находят косвенными методами. Рассмотрим оба этих подхода.

Атомную массу Al недавно определили следующим образом. Известные количества Al были превращены в нитрат, сульфат или гидроксид и затем прокалены до оксида алюминия (Al 2 O 3), количество которого точно определяли. Из соотношения между двумя известными массами и атомными массами алюминия и кислорода (15,9)

нашли атомную массу Al. Однако прямым сравнением с атомной массой кислорода можно определить атомные массы лишь немногих элементов. Для большинства элементов их определяли косвенным путем, анализируя хлориды и бромиды. Во-первых, эти соединения для многих элементов можно получить в чистом виде, во-вторых, для их точных количественных определений в распоряжении химиков имеется чувствительный аналитический метод, основанный на сравнении их масс с массой серебра. Для этого точно определяют массу анализируемых соединений и массу серебра, необходимого для взаимодействия с ними. Атомную массу нужного элемента рассчитывают исходя из атомной массы серебра – эталонной величины в подобных определениях. Атомную массу серебра (107,870) в углеродных единицах определяли косвенным химическим методом.

Физические методы.

В середине 20 в. существовал только один физический метод определения атомных масс, сегодня наиболее широко применяют четыре.

Плотность газа.

Самый первый физический метод основывался на определении плотности газа и на том, что в соответствии с законом Авогадро равные объемы газов при одинаковых температуре и давлении содержат одинаковое число молекул. Следовательно, если определенный объем чистого СО 2 имеет массу, в 1,3753 большую, чем такой же объем кислорода в тех же условиях, то молекула СО 2 должна быть в 1,3753 раза тяжелее молекулы кислорода (мол. масса О 2 = 31,998), т.е. масса молекулы СО 2 по химической шкале равна 44,008. Если из этой величины вычесть массу двух атомов кислорода, равную 31,998, мы получим атомную массу углерода – 12,01. Чтобы получить более точное значение, необходимо ввести ряд поправок, что усложняет этот метод. Тем не менее с его помощью были получены некоторые весьма ценные данные. Так, после открытия благородных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe) метод, основанный на измерении плотности, оказался единственно пригодным для определения их атомных масс.

Масс-спектроскопия.

Вскоре после Первой мировой войны Ф.Астон создал первый масс-спектроскоп для точного определения массовых чисел различных изотопов и тем самым открыл новую эру в истории определения атомных масс. Сегодня существует два основных типа масс-спектроскопов: масс-спектрометры и масс-спектрографы (последним является, например, прибор Астона). Масс-спектрограф предназначен для изучения поведения потока электрически заряженных атомов или молекул в сильном магнитном поле. Отклонение заряженных частиц в этом поле пропорционально отношению их масс к заряду, а регистрируют их в виде линий на фотопластинке. Сравнивая положения линий, отвечающих определенным частицам, с положением линии для элемента с известной атомной массой, можно с достаточной точностью определить атомную массу нужного элемента. Хорошей иллюстрацией метода является сравнение массы молекулы СН 4 (метана) с массовым числом самого легкого изотопа кислорода 16 О. Одинаково заряженные ионы метана и 16 О одновременно впускают в камеру масс-спектрографа и регистрируют их положение на фотопластинке. Различие в положении их линий отвечает разности масс 0,036406 (по физической шкале). Это значительно более высокая точность, чем может дать любой химический метод.

Если исследуемый элемент не имеет изотопов, то определение его атомной массы не составляет особого труда. В противном случае необходимо определить не только массу каждого изотопа, но и их относительное содержание в смеси. Эту величину не удается определить с достаточной точностью, что ограничивает применение масс-спектрографического метода для нахождения атомных масс изотопических элементов, особенно тяжелых. Недавно с помощью масс-спектрометрии удалось установить с высокой точностью относительное содержание двух изотопов серебра, 107 Ag и 109 Ag. Измерения были выполнены в Национальном бюро стандартов США. Используя эти новые данные и более ранние измерения масс изотопов серебра, уточнили значение атомной массы природного серебра. Теперь эта величина считается равной 107,8731 (химическая шкала).

Ядерные реакции.

Для определения атомных масс некоторых элементов можно использовать соотношение между массой и энергией, полученное Эйнштейном. Рассмотрим реакцию бомбардировки ядер 14 N быстрыми ядрами дейтерия с образованием изотопа 15 N и обычного водорода 1 Н:

14 N + 2 H = 15 N + 1 H + Q

В результате реакции выделяется энергия Q = 8 615 000 эВ, которая в соответствии с уравнением Эйнштейна эквивалентна 0,00948 а.е.м. Значит, масса 14 N + 2 H превышает массу 15 N + 1 H на 0,00948 а.е.м., и если мы знаем массовые числа трех любых изотопов – участников реакции, то можем найти массу четвертого. Метод позволяет определить разность массовых чисел двух изотопов с большей точностью, чем масс-спектрографический.

Рентгенография.

Этим физическим методом можно определять атомные массы веществ, которые при обычной температуре образуют регулярную кристаллическую решетку. Метод основан на связи между атомной (или молекулярной) массой кристаллического вещества, его плотностью, числом Авогадро и неким коэффициентом, который определяют из расстояний между атомами в кристаллической решетке. Необходимо провести прецизионные измерения двух величин: постоянной решетки рентгенографическими методами и плотности методом пикнометрии. Применение метода ограничивается трудностями получения чистых совершенных кристаллов (без вакансий и дефектов любого рода).

Уточнение атомных масс.

Все измерения атомных масс, которые были выполнены более 20 лет назад, проводились химическими методами или методом, основанным на определении плотности газов. В последнее же время данные, получаемые масс-спектрометрическими и изотопными методами, совпадают с такой высокой точностью, что Международная комиссия по атомным массам решила скорректировать атомные массы 36 элементов, причем 18 из них не имеют изотопов.
См. также