Что (кто) такое Атомная масса - определение

атомный вес, значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы (См. Атомные единицы массы). Применение особой единицы для измерения А. м. связано с тем, что массы атомов чрезвычайно малы (10^-22-10^-24 г) и выражать их в граммах неудобно. За единицу А. м. принята ¹/₁₂ часть массы изотопа атома углерода ¹²C. Масса углеродной единицы (сокращённо у. е.) равна (1,660 43 ± 0,00031)·10^-24 г. Обычно при указании А. м. обозначение "у. е." опускают.

Понятие "А. м." ввёл Дж. Дальтон (1803). Он же впервые определил А. м. Обширные работы по установлению А. м. были выполнены в 1-й половине 19 в. Я. Берцелиусом, позднее Ж. С. Стасом и Т. У. Ричардсом. В 1869 Д. И. Менделеев открыл закон периодической зависимости свойств элементов от А. м. и на его основе исправил А. м. многих известных в то время элементов (Be, U, La и др.) и, кроме того, предсказал А. м. ещё не открытых тогда Ga, Ge, Sc. После открытия Ф. Содди (1914) явления изотопии (см. Изотопы) понятие "А. м." стали относить и к элементам, состоящим из смеси изотопов, и к отдельным изотопам. Для элементов, которые представлены в природе одним изотопом (например, F, Al), А. м. элемента совпадает с А. м. этого изотопа. Если элемент - смесь изотопов, то его А. м. вычисляют как среднее значение из А. м. отдельных его изотопов, с учётом относительного содержания каждого из них. Так, природный хлор состоит из изотопов ³⁵Cl (75,53\%) и ³⁷Cl (24,47\%), массы атомов которых соответственно равны 34,964 и 36,961. А. м. элемента Cl равна: (34,964·75,53+36,961·24,47)/100 = 35,453

Колебания природного изотопного состава у большинства элементов пренебрежимо малы (менее 0,003\%); поэтому каждый элемент имеет практически постоянную А. м., являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. Близость к целым числам А. м. элементов, представленных в природе одним изотопом, объясняется тем, что почти вся масса атома заключена в его ядре, а массы составляющих ядро протонов и нейтронов близки к 1. В то же время значения А. м. изотопов (кроме ¹²C, масса которого принята равной 12,00000) никогда точно не равны целым числам. Это объясняется, во-первых, тем, что относительные массы нейтрона и протона немного больше 1 (соответственно 1,008 665 4 и 1,007 276 63), во-вторых, дефектом массы (См. Дефект масс) и, в-третьих, небольшим вкладом в общую массу атома массы электронов.

По предложению Дж. Дальтона (1803) единицей А. м. сначала служила масса атома водорода (водородная шкала). В 1818 Берцелиус опубликовал таблицу А. м., отнесённых к А. м. кислорода, принятой равной 103. Система А. м. Берцелиуса господствовала до 1860-х гг., когда химики опять приняли водородную шкалу. Но в 1906 они перешли на кислородную шкалу, по которой за единицу А. м. принимали ¹/₁₆ часть А. м. кислорода. После открытия изотопов кислорода (¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O) А. м. стали указывать по двум шкалам: химической, в основе которой лежала ¹/₁₆ часть средней массы атома природного кислорода, и физической с единицей массы, равной ¹/₁₆ массы атома ¹⁶O. Использование двух шкал имело ряд недостатков, вследствие чего в 1961 перешли к единой, углеродной шкале.

Для нахождения А. м. пользуются различными методами. Часть их основана на экспериментальном определении молекулярной массы (См. Молекулярная масса) какого-либо соединения данного элемента. В этом случае А. м. равна доле молекулярной массы, приходящейся на этот элемент, деленной на число его атомов в молекуле. Точные значения А. м. можно найти, определяя химическим анализом Эквивалент химический элемента (А. м. равна произведению эквивалента на валентность). С наибольшей точностью (до 0,001\% и выше) А. м. можно определить методом масс-спектроскопии (См. Масс-спектроскопия); масс-спектр элемента даёт сведения о количественном изотопном составе и о массах атомов отдельных изотопов, на основании чего легко рассчитать А. м. (см. выше пример с ³⁵Cl и ³⁷Cl). А. м. вновь синтезируемых элементов оценивают на основе рассмотрения ядерной реакции их образования.

Современные значения А. м. приведены в статьях о химических элементах и в статье Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.

Лит.: Менделеев Д. И., Основы химии, 13 изд., т. 1-2, М.- Л., 1947; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965; Полинг Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1964; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963; Джуа М., История химии, пер. с итал., М., 1966.

С. С. Бердоносов.

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 16О, и соответствующая шкала называлась физической. В 1920-х годах было установлено, что природный кислород состоит из смеси трех изотопов: 16О, 17О и 18О. 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 12С (углеродная единица). (1 а.е.м., или 1D (дальтон), в СИ-единицах массы составляет 1,66057?10-27 кг.) Природный углерод также состоит из двух изотопов: 12С - 99% и 13С - 1%, но новые величины атомных масс элементов связаны только с первым из них. В результате была получена универсальная таблица относительных атомных масс. Изотоп 12С оказался удобным и для физических измерений.

См. также: