Чому дорівнює атомна маса вуглецю? Атомна маса

Однією з фундаментальних властивостей атомів є їх маса. Абсолютна (справжня) маса атома- Величина надзвичайно мала. Зважити атоми на терезах неможливо, оскільки таких точних терезів не існує. Їхні маси були визначені за допомогою розрахунків.

Наприклад, маса одного атома водню дорівнює 0,000 000 000 000 000 000 000 001663 грама!Маса атома урану – одного з найважчих атомів, становить приблизно 0,000 000 000 000 000 000 000 4 грами.

Точне значення маси атома урану - 3,952 ∙ 10-22 г, а атома водню, найлегшого серед усіх атомів, - 1,673 ∙ 10-24 г.

Здійснювати розрахунки з малими числами незручно. Тому замість абсолютних мас атомів використовують їх відносні маси.

Відносна атомна маса

Про масу будь-якого атома можна судити, порівнюючи її з масою іншого атома (знаходити відношення їх мас). З моменту визначення відносних атомних мас елементів використовувалися різні атоми порівняння. Своєрідними зразками для порівняння свого часу були атоми водню та кисню.

Єдина шкала відносних атомних мас і нова одиницяатомної маси, прийнята Міжнародним з'їздом фізиків (1960) та уніфікована Міжнародним з'їздом хіміків (1961).

На сьогодні еталоном для порівняння є 1/12 частина маси атома вуглецю. Це значенняназивають атомною одиницею маси, скорочено а.

Атомна одиниця маси (а.е.м.) – маса 1/12 частини атома вуглецю

Порівняємо, у скільки разів відрізняється абсолютна маса атома водню та урану від 1 а.е.м., для цього розділимо ці числа одне на інше:

Отримані при розрахунках значення і є відносними атомними масами елементів щодо 1/12 маси атома вуглецю.

Так, відносна атомна масаводню приблизно дорівнює 1, а урану – 238.Зверніть увагу, що відносна атомна маса не має одиниць виміру, оскільки при розподілі одиниці виміру абсолютних мас (грами) скорочуються.

Відносні атомні маси всіх елементів зазначені у Періодичній Системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва. Символ, за допомогою якого позначають відносну атомну масу Аr (літера r – скорочення від слова relative,що означає відносний).

Значення відносних атомних мас елементів використовують у багатьох розрахунках.Як правило, значення, наведені в Періодичній системі, округляються до цілих чисел. Зверніть увагу, що елементи Періодичної Системи розміщені в порядку збільшення відносних атомних мас.

Наприклад, за допомогою Періодичної системи визначимо відносні атомні маси ряду елементів:

Ar(O) = 16; Ar(Na) = 23; Ar(P) = 31.
Відносну атомну масу хлору прийнято записувати 35,5!
Ar(Сl) = 35,5

• Відносні атомні маси пропорційні абсолютним масам атомів
• Еталоном визначення відносної атомної маси є 1/12 частина маси атома вуглецю
• 1 а.е.м. = 1,662 ∙ 10−24 г
• Відносну атомну масу позначають Ar
• Для розрахунків значення відносних атомних мас округляють до цілих, виняток – хлор, котрому Ar = 35,5
• Відносна атомна маса не має одиниць виміру

Маси атомів і молекул дуже малі, тому як одиниця виміру зручно вибрати масу одного з атомів і виражати маси інших атомів щодо неї. Саме так і вчинив основоположник атомної теоріїДальтон, який становив таблицю атомних мас, прийнявши масу атома водню за одиницю.

До 1961 року у фізиці за атомну одиницюмаси (а.е.м. скорочено) приймали 1/16 маси атома кисню 16О, а хімії – 1/16 середньої атомної маси природного кисню, що є сумішшю трьох ізотопів. Хімічна одиницямаси було на 0,03% більше, ніж фізична.

В даний час у фізиці та хімії прийнято єдина системавимірювання. Як стандартна одиниця атомної маси обрана 1/12 частина маси атома вуглецю 12С.

1 а.е.м. = 1/12 m(12С) = 1,66057×10-27 кг = 1,66057×10-24 р.

При розрахунку відносної атомної маси враховується поширеність ізотопів елементів у земної кори. Наприклад, хлор має два ізотопи 35Сl (75,5%) і 37Сl(24,5%). Відносна атомна маса хлору дорівнює:

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

З визначення відносної атомної маси випливає, що середня абсолютна маса атома дорівнює відносної атомної маси, помноженої на а.

m(Cl) = 35,5×1,66057×10-24 = 5,89×10-23 р.

Приклади розв'язання задач

Відносні атомні та молекулярні маси

Цей калькулятор призначено для обчислення атомної маси елементів.

Атомна маса(також названий відносна атомна маса) Чи є значення маси одного атома речовини. Відносна атомна маса виражена одиницях атомної маси. Відносна атомна маса відмінний(True) масаатом. У той самий час фактична маса атома дуже мала і тому непридатна практичного використання.

Атомна маса речовини впливає на кількість протониі нейтрониу ядрі атома.

Маса електронів ігнорується, оскільки вона дуже мала.

Для визначення атомної маси речовини необхідно запровадити таку інформацію:

• Кількість протонів- скільки протонів у ядрі речовини;
• Кількість нейтронів- скільки нейтронів у ядрі речовини.

На основі цих даних калькулятор розрахує атомну масу речовини, що виражається в одиницях атомної маси.

Таблиця хімічних елементів та їх атомна маса водень H 1,0079 нікель Існує немає 58,70 гелій він 4,0026 пекар Cu 63,546 літій Li 6941 цинк Zn 65,38 берилій бути 9,01218 Галія Джорджія 69,72 Бор У 10,81 Німеччина GE 72,59 вуглець З 12,011 миш'як як 74,9216 азот N 14,0067 селен знаходяться 78,96 кисень о 15,9994 Бром бром 79904 фторид F 18,99840 криптон Cr 83,80 неон не 20,179 рубідій Rb 85,4678 натрій на 22,98977 стронцій стер 87,62 магній мг 24,305 ітрій Y 88,9059 алюміній Al 26,98154 цирконій Zr 91,22 ніобій Nb 92,9064 Нобель не 255 молібден Mo 95,94 Лоренс Lr 256 технецій Тс 98,9062 Курчатовий ка 261 рутеній Ru 101,07 * * * родій резус 102.9055 * * * паладій Pd 106,4 * * * срібло Ag 107 868 * * * силіконовий ви 28,086 кадмій CD 112,40 фосфор P 30,97376 Індія 114,82 сірка 32,06 олово Sn 118,69 хлор Cl 35,453 сурма Sb 121,75 аргон Арканзас 39,948 телур ці 127,60 калій До 39,098 йод Я 126,904 кальцій Каліфорнія 40,08 ксенон Xe 131,30 скандій Південна Кароліна 44,9559 цезій Cs 132.9054 Титан ці 47,90 барій ба 137,34 ванадій 50,9414 лантан ля 138.9055 хром Cr 51,996 церій Ce 140,12 марганець Міннесота 54,9380 Praseodim Pr 140.9077 залізо Fe 55,847 Я не Nd 144,24 кобальт Co. 58,9332 прометій вечора Самарія Sm 150,4 вісмут б 208.9804 європій Євросоюз 151,96 Полоній після 209 гадолиній Б-г 157,25 ASTAT в 210 тербій Tb 158.9254 радон Rn 222 диспрозій ду $ 16,50 Франція фр 223 Holmium гей 164.9304 радіус R 226.0254 ербій Er 167,26 актіній змінний струм 227 тулій Tm 168.9342 торій го 232.0381 ітербій Yb 173,04 протактіній Пенсільванія 231.0359 Лютеція Lu 174,97 Уран U 238,029 гафній високочастотний 178,49 нептуній Np 237.0482 тантал це 180.9479 плутоній Pu 244 вольфрам W 183,85 Америка Am 243 реній ре 186,207 кюрі см 247 осмій OS 190,2 Берклі Б.К. 247 іридій інфрачервоний 192,22 Каліфорнія порівняй 251 платина Pt 195,09 Ейнштейн ес 254 золото Au 196.9665 фермі Fm 257 ртуть ртуть 200,59 Mendelevy Меріленд 258 талій Tl 204,37 * * * Свинець Pb 207,2 * * *

Відносна атомна маса елемента Стан завдання: Визначте масу молекули кисню. № Завдання. 4.1.2 із «Збірника проблем підготовки майбутніх іспитів у фізиці УДНТУ» інформація: Рішення: Розглянемо молекулу молекулярного кисню \(\nu\) (довільне число). Нагадаємо, що киснева формула: O2. Щоб знайти масу (\m) даної кількості кисню, молекулярна маса кисню (M) множиться на число молей (nu). Використовуючи таблицю Менделєєва, легко встановити, що молярна маса кисню дорівнює \(М\) 32 г/моль або 0,032 кг/моль. У одному молі число овогодро молекул \ (N_A \) і v \ (\ nu \) mol - v \ (\ nu \) часом більше, тобто. Щоб знайти масу однієї молекули (т_0), повну масу (т) потрібно розділити 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) табличне значення, що дорівнює 6,022 · 1023 моль-1. Виконуємо розрахунки: \ [(M_0) = \ frac ((0,032)) ((6,022 \ cdot ((10) * (23)))) = 5,3 \ cdot (10 ^ (-26)) \; = 5,3 кг \ cdot (10 ^ (-23)) \; r \] Відповідь: 5.3 · 10-23 р. Якщо ви не розумієте рішення, і якщо у вас є питання або ви знайшли помилку, ви можете залишити коментар нижче. Атоми дуже маленькі та дуже маленькі. Якщо ми висловлюємо масу атома хімічного елементав грамах, то це буде число, для якого кома складає більше двадцяти нулів. Тому вимір маси атомів у грамах є недоречним. Однак, якщо ми приймаємо дуже малу масу на одиницю, решта малих мас може бути виражена як відношення між цією одиницею. Як одиниця виміру маси атома обрана 1/12 частина маси атома вуглецю. Він називається 1/12 частиною маси атома вуглецю атомна маса(Ae. Атомна маса формули Відносна атомна масазначення дорівнює відношенню фактичної маси атома конкретного хімічного елемента до 1/12 фактичної маси атома вуглецю. Це безмежна величина, тому що дві маси розділені. Ar = математика. /(1/12) гуртка. Проте, абсолютна атомна масадорівнює відносної величинита має блок вимірювання amu. Це означає, що відносна атомна маса показує скільки разів маса даного атома перевищує 1/12 атома вуглецю. Якщо атом Ar = 12, його маса в 12 разів більше, ніж 1/12 маси атома вуглецю чи, іншими словами, 12 одиниць атомної маси. Це може бути лише для вуглецю (C). На атом водню (H) Ar = 1. Це означає, що його маса дорівнює масі 1/12 частин маси атома вуглецю. Для кисню (O) відносна атомна маса дорівнює 16 amu. Це означає, що атом кисню у 16 ​​разів більший, ніж 1/12 атома вуглецю, він має 16 одиниць атомної маси. Найлегший елемент – водень. Його маса становить близько 1 а. На найважчих атомах маса наближається до 300 а. Зазвичай кожному за хімічного елемента його значенням є абсолютна маса атомів, виражена як a. наприклад. Значення одиниць атомної маси записується в періодичної таблиці. Концепція використовується для молекул відносна молекулярна маса (р.). Відносна молекулярна маса вказує, скільки разів маса молекули більша за 1/12 маси атома вуглецю. Однак оскільки маса молекули дорівнює сумі мас її атомних атомів, відносну молекулярну масу можна знайти просто шляхом додавання відносних мас цих атомів. Наприклад, молекула води (H2O) містить два атоми водню з Ar = 1 і один атом кисню з Ar = 16. Отже, джентльмен (H2O) = 18. Багато речовин мають немолекулярну структуру, наприклад метали. У цьому випадку їх відносна молекулярна маса дорівнює їхній відносній атомній масі. Хімія називається значною кількістю масова частка хімічного елементау молекулі чи речовині. Він показує наскільки відносна молекулярна маса належить цьому елементу. Наприклад, у воді водень має 2 частини (як обидва атоми) і кисень 16. Це означає, що коли водень змішується з 1 кг і 8 кг кисню, вони реагують без залишку. Масова часткаводню становить 2/18 = 1/9, а вміст кисню 16/18 = 8/9. Mikrobalanceв іншому випадку підтримка, атомна рівновага(Англійські мікробні або англійські нанотрубки) - це термін, що відноситься до: велика група аналітичних приладів, точність яких вимірює масу від одного до кількох сотень мкг; спеціальний інструмент високої точності, що дозволяє вимірювати масу об'єктів до 0,1 нг (nanovesy). опис Одне з перших посилань на мікроглобук відноситься до 1910 року, коли Вільям Рамсей був проінформований про те, наскільки він розвинувся, дозволяючи визначити вагу діапазону 0,1 мм3 тіла до 10-9 г (1 нг). В даний час термін "мікробний" частіше використовується для позначення пристроїв, які дозволяють вимірювати та визначати зміни маси в діапазоні мікрограмів (10-6 грамів). Мікробіологи увійшли в практику сучасних дослідницьких та промислових лабораторій та випускалися в різних версіяхз різною чутливістю та відповідними витратами. У той самий час у галузі нанограм розробляється методика виміру. хімія. Як знайти відносну атомну масу? Коли ми говоримо про вимірювання маси на рівні нанограм, що важливо для вимірювання маси атомів, молекул або кластерів, спочатку враховуємо мас-спектрометрію. У цьому випадку слід мати на увазі, що вимір маси з використанням цього методу передбачає необхідність перетворення об'єктів зважування на іони, що іноді дуже небажано. Це не обов'язково при використанні іншого практично важливого і широко використовуваного приладу для точного вимірумасових кварцових мікробів, механізм дії яких описано у відповідній статті посилання Jensen K., Kwanpyo Kim, Zettl A.Атомний детектор атомного дозволу Наномечан // arXiv: 0809.2126 (12 вересня 2008).

Для виміру маси атома використовується відносна атомна маса, що виражається в атомних одиницях маси (а. е. м.). Відносна молекулярна маса складається із відносних атомних мас речовин.

Поняття

Для усвідомлення того, що таке відносна атомна маса в хімії, слід розуміти, що абсолютна маса атома занадто мала, щоб виражати її в грамах, а тим більше в кілограмах. Тому в сучасної хіміїза атомну одиницю маси (а. е. м.) взято 1/12 частина маси вуглецю. Відносна атомна маса дорівнює відношенню абсолютної маси до 1/12 абсолютної маси вуглецю. Тобто відносна маса відображає, у скільки разів маса атома конкретної речовини перевищує 1/12 маси атома вуглецю. Наприклад, відносна маса азоту – 14, тобто. атом азоту містить 14 а. е. м. або в 14 разів більше, ніж 1/12 частина атома вуглецю.

Мал. 1. Атоми та молекули.

Серед усіх елементів водень найлегший, його маса дорівнює 1 одиниці. Найважчі атоми мають масу 300 а. е. м.

Молекулярна маса - значення, що показує, скільки разів маса молекули перевищує 1/12 частина маси вуглецю. Також виявляється у а. е. м. Маса молекули складається з маси атомів, тому для обчислення відносної молекулярної маси необхідно скласти значення мас атомів речовини. Наприклад, відносна молекулярна маса води дорівнює 18. Це значення складається з відносних атомних мас двох атомів водню (2) та одного атома кисню (16).

Мал. 2. Вуглець у періодичній таблиці.

Як видно, ці два поняття мають кілька загальних характеристик:

• відносна атомна та молекулярна маси речовини - безрозмірні величини;
• відносна атомна маса має позначення A r , молекулярна - M r ;
• одиниця виміру однакова в обох випадках - а. е. м.

Молярна та молекулярна маси збігаються чисельно, але відрізняються за розмірністю. Молярна маса- Це ставлення маси речовини до кількості молей. Вона відбиває масу одного моля, який дорівнює числуАвогадро, тобто. 6,02 ⋅ 10 23 . Наприклад, 1 моль води важить 18 г/моль, а M r (Н2О) = 18 а. е. м. (важче в 18 разів однієї атомної одиниці маси).

Як розрахувати

Щоб висловити відносну атомну масу математично, слід визначити, що 1/2 частина вуглецю або одна атомна одиниця маси дорівнює 1,66⋅10 -24 г. Отже, формула відносної атомної маси має такий вигляд:

A r (X) = m a (X) / 1,66⋅10 −24 ,

де ma - абсолютна атомна маса речовини.

Відносна атомна маса хімічних елементів зазначена в періодичній таблиці Менделєєва, тому її не потрібно розраховувати самостійно під час вирішення завдань. Відносні атомні маси прийнято округляти до цілих. Виняток становить хлор. Маса його атомів дорівнює 35,5.

Слід звернути увагу, що з розрахунку відносної атомної маси елементів, мають ізотопи, враховується їхнє середнє значення. Атомна маса у разі вираховується так:

A r = ΣA r,i n i ,

де A r,i - відносна атомна маса ізотопів, n i - вміст ізотопів у природних сумішах.

Наприклад, кисень має три ізотопи - 16 О, 17 О, 18 О. Їх відносна маса дорівнює 15,995, 16,999, 17,999, які вміст у природних сумішах - 99,759 %, 0,037 %, 0,204 %. Поділивши відсотки на 100 і підставивши значення, отримаємо:

A r = 15,995 ∙ 0,99759 + 16,999 ∙ 0,00037 + 17,999 ∙ 0,00204 = 15,999 а.о.м.

Звернувшись до періодичної таблиці, легко знайти це значення у клітці кисню.

Мал. 3. Таблиця Менделєєва.

Відносна молекулярна маса - сума мас атомів речовини:

p align="justify"> При визначенні значення відносної молекулярної маси враховуються індекси символів. Наприклад, обчислення маси H 2 CO 3 виглядає так:

M r = 1 ∙ 2 + 12 + 16 ∙ 3 = 62 а. е. м.

Знаючи відносну молекулярну масу, можна обчислити відносну щільністьодного газу з другого, тобто. визначити, у скільки разів одне газоподібна речовинаважчий за другий. Для цього використовується рівняння D(y) x = M r (х) / M r (y).

Що ми дізналися?

З уроку 8 класу дізналися про відносну атомну та молекулярну масу. За одиницю відносної атомної маси прийнято 1/12 частину маси вуглецю, що дорівнює 1,66⋅10 −24 р. Для обчислення маси необхідно абсолютну атомну масу речовини розділити на атомну одиницю маси (а. е. м.). Значення відносної атомної маси вказано в періодичної системиМенделєєва у кожній клітині елемента. Молекулярна маса речовини складається із суми відносних атомних мас елементів.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.6. Усього отримано оцінок: 189.

>> Маса атома. Відносна атомна маса

Маса атома. Відносна атомна маса

Матеріал параграфа допоможе вам з'ясувати:

> у чому різниця між масою атома та відносною атомною масою ;
> чому зручно користуватися відносними атомними масами;
> де визначити значення відносної атомної маси елемента.

Це цікаво

Маса електрона становить приблизно 910 -28 р.

Маса атома.

Важливою характеристикою атома його маса. Майже вся маса атома сконцентрована у ядрі. Електрони мають настільки малу масу, що нею зазвичай нехтують.

порівнюють з 1/12 - маси атома Карбону (він майже в 12 разів важчий за атом Гідрогену). Цю маленьку масу назвали атомною одиницею маси (скорочено – а. е. м.):

1а. е. м. = 1/12m a (С) = 1/12 1,994 10 -23 г = 1,662 10 -24 р.

Маса атома Гідрогену майже збігається з атомною одиницею маси: m а (Н)~ 1а. е. м. Маса атома Урана більше її в

Тобто
m a (U) ~ 238 а. е. м.

Число, яке одержують розподілом маси атома елемента на атомну одиницю маси, називають відносною атомною масою елемента. Цю величину позначають A r (E):

Індекс біля літери А - перша літера в латинському слові relativus – відносний.

Відносна атомна маса елемента показує, скільки разів маса атома елементабільше ніж 1/12 маси атома Карбону.

m а (Н) = 1,673 10 -2 4 г

ma (H) = 1 а. е. м.

A r (H) = 1

Відносна атомна маса елемента немає розмірності.

Першу таблицю відносних атомних мас становив майже 200 років тому англійський вчений Дж. Дальтон.

На підставі викладеного матеріалу можна зробити такі висновки:

Відносні атомні маси пропорційні до мас атомів;
співвідношення мас атомів такі самі, як і відносних атомних мас.

Значення відносних атомних мас хімічних елементів записані в періодичній системі .

Джон Дальтон (1766-1844)

Видатна англійська фізикта хімік. Член Лондонського королівського товариства(Англійська академія наук). Першим висунув гіпотезу про різні маси та розміри атомів, визначив відносні атомні маси багатьох елементів і склав першу таблицю їх значень (1803). Запропонував символи елементів та позначення хімічних сполук.

Зробивши понад 200 000 метеорологічних спостережень, вивчивши склад та властивості повітря, відкрив закони парціальних (часткових) тисків газів (1801), теплового розширеннягазів (1802), розчинності газів у рідинах (1803).

Мал. 35. Клітина елемента Урану

Вони визначені дуже високою точністю; відповідні числає переважно п'яти- і шестизначними (рис. 35).

У нормальних хімічних розрахунках значення відносних атомних мас прийнято округлювати до цілих чисел. Так, для Гідрогену та Урану

A r (H) = 1,0079 ~ 1;
Ar (U) = 238,029 ~ 238.

Тільки значення відносної атомної маси Хлора округляють до десятих:

Ar (Cl) = 35,453 ~ 35,5.

Знайдіть у періодичній системі значення відносних атомних мас Літію, Карбону, Оксигену, Неону та округліть їх до цілих чисел.

У скільки разів маси атомів Карбону, Оксигену, Неону та Магнію більші за масу атома Гелія? Для обчислень використовуйте заокруглені значення відносних атомних мас.

Зверніть увагу: елементи розміщені в періодичній системі в порядку зростання атомних мас.

Висновки

Атоми мають дуже малу масу.

Для зручності обчислень використовують відносні маси атомів.

Відносна атомна маса елемента є ставленням маси атома елемента до маси атома Карбону.

Значення відносних атомних мас зазначені у періодичній системі хімічних елементів.

?
48. У чому різниця між поняттями «маса атома» та відносна атомна маса»?
49. Що таке атомна одиниця маси?
50. Що означають записи Ar і Ar?
51. Який атом легший – Карбону чи Титану? Скільки разів?
52. Що має велику масу: атом Флуору або два атоми Літію; два атоми Магнію чи три атоми Сульфура?
53. Знайдіть у періодичній системі три-чотири пари елементів, співвідношення мас атомів яких становить: а) 1: 2; б) 1: 3.
54. Обчисліть відносну атомну масу Гелію, якщо маса атома цього елемента дорівнює 6,647 - 10 -24 г.
55. Розрахуйте масу атома Берилію.

Попель П. П., Крикля Л. С., Хімія: Підруч. для 7 кл. загальноосвіт. навч. закл. – К.: ВЦ «Академія», 2008. – 136 с.: іл.

Зміст статті

АТОМНА МАСА.Поняття про цю величину зазнавало тривалих змін відповідно до зміни уявлення про атоми. Згідно теорії Дальтона (1803), всі атоми одного і того ж хімічного елемента ідентичні та його атомна маса – це число, рівне відношеннюїхньої маси до маси атома якогось стандартного елемента. Однак приблизно до 1920 року стало ясно, що елементи, що зустрічаються в природі, бувають двох типів: одні дійсно представлені ідентичними атомами, а в інших атоми мають однаковий зарядядра, але різну масу; такі різновиди атомів було названо ізотопами. Визначення Дальтона, таким чином, справедливе лише для елементів першого типу. Атомна маса елемента, представленого кількома ізотопами, є середня величиназ масових чиселвсіх його ізотопів, взятих у процентному відношенні, що відповідає їх поширеності у природі.

У 19 ст. як стандарт щодо атомних мас хіміки використовували водень чи кисень. У 1904 році за стандарт було прийнято 1/16 середньої маси атома природного кисню (киснева одиниця) і відповідна шкала отримала назву хімічної. Мас-спектрографічне визначення атомних мас проводилося на основі 1/16 маси ізотопу 16 О, і відповідна шкала називалася фізичною. У 1920-х роках було встановлено, що природний кисень складається із суміші трьох ізотопів: 16 О, 17 О і 18 О. У зв'язку з цим виникли дві проблеми. По-перше, виявилося, що відносна поширеність природних ізотопів кисню трохи варіює, а отже, в основі хімічної шкали лежить величина, яка не є абсолютною константою. По-друге, у фізиків та хіміків виходили різні значеннятаких похідних констант, як молярні обсяги, число Авогадро та ін. Вирішення питання було знайдено в 1961, коли за атомну одиницю маси (а.е.м.) було прийнято 1/12 маси ізотопу вуглецю 12 С (вуглецева одиниця). (1 а.е.м., або 1D (дальтон), в СІ-одиницях маси становить 1,66057Ч10 -27 кг.) Природний вуглець також складається з двох ізотопів: 12 С - 99% і 13 С - 1%, але нові величини атомних мас елементів пов'язані лише з першим. В результаті було отримано універсальну таблицю відносних атомних мас. Ізотоп 12 С виявився зручним і для фізичних вимірів.

МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ

Атомну масу можна визначити або фізичними, або хімічними методами. Хімічні методи відрізняються тим, що на одному з етапів у них фігурують не самі атоми, які комбінації.

Хімічні способи.

Згідно з атомною теорією, числа атомів елементів у сполуках ставляться між собою як невеликі цілі числа (закон кратних відносин, відкритий Дальтоном). Тому для з'єднання відомого складу можна визначити масу одного з елементів, знаючи маси всіх інших. У деяких випадках масу з'єднання можна виміряти безпосередньо, але зазвичай знаходять непрямими методами. Розглянемо обидва ці підходи.

Атомну масу Al нещодавно визначили в такий спосіб. Відомі кількості Al були перетворені на нітрат, сульфат або гідроксид і потім прожарені до оксиду алюмінію (Al 2 O 3), кількість якого точно визначали. Зі співвідношення між двома відомими масами та атомними масами алюмінію та кисню (15,9)

знайшли атомну масу Al. Однак прямим порівнянням з атомною масою кисню можна визначити атомні маси лише небагатьох елементів. Для більшості елементів їх визначали непрямим шляхом, аналізуючи хлориди та броміди. По-перше, ці сполуки для багатьох елементів можна отримати в чистому вигляді, по-друге, для їх точних кількісних визначеньу розпорядженні хіміків є чутливий аналітичний методзаснований на порівнянні їх мас з масою срібла. Для цього точно визначають масу з'єднань, що аналізуються, і масу срібла, необхідного для взаємодії з ними. Атомну масу потрібного елемента розраховують виходячи з атомної маси срібла – еталонної величини у подібних визначеннях. Атомну масу срібла (107,870) у вуглецевих одиницях визначали непрямим хімічним методом.

фізичні методи.

У середині 20 в. існував лише один фізичний метод визначення атомних мас, сьогодні найбільш широко застосовують чотири.

Щільність газу.

Найперший фізичний метод ґрунтувався на визначенні щільності газу і на тому, що відповідно до закону Авогадро рівні обсяги газів за однакових температур і тиску містять однакове числомолекул. Отже, якщо певний обсяг чистого СО 2 має масу, в 1,3753 більшу, ніж такий самий обсяг кисню в тих же умовах, то молекула СО 2 повинна бути в 1,3753 рази важчою за молекулу кисню (мол. маса О 2 = 31,998) , тобто. маса молекули 2 за хімічною шкалою дорівнює 44,008. Якщо від цієї величини відняти масу двох атомів кисню, що дорівнює 31,998, ми отримаємо атомну масу вуглецю – 12,01. Щоб отримати більше точне значеннянеобхідно ввести ряд поправок, що ускладнює цей метод. Проте з його допомогою було отримано деякі дуже цінні дані. Так, після відкриття благородних газів(He, Ne, Ar, Kr, Xe) метод, заснований на вимірюванні густини, виявився єдино придатним для визначення їх атомних мас.

Мас-спектроскопія.

Незабаром після Першої світової війни Ф.Астон створив перший мас-спектроскоп для точного визначеннямасових чисел різних ізотопів і цим відкрив нову еруісторія визначення атомних мас. Сьогодні існує два основних типи мас-спектроскопів: мас-спектрометри та мас-спектрографи (останнім є, наприклад, прилад Астона). Мас-спектрограф призначений вивчення поведінки потоку електрично заряджених атомів чи молекул в сильному магнітному полі. Відхилення заряджених частинок у цьому полі пропорційно відношенню їх мас до заряду, а реєструють їх у вигляді ліній на фотопластинці. Порівнюючи положення ліній, що відповідають певним частинкам, з положенням лінії елемента з відомою атомною масою, можна з достатньою точністю визначити атомну масу потрібного елемента. Хорошою ілюстрацією методу є порівняння маси молекули СН 4 (метану) з масовим числом самого легкого ізотопукисню 16 О. Однаково заряджені іони метану і 16 Про одночасно впускають в камеру мас-спектрографа і реєструють їх положення на фотопластинці. Відмінність у положенні їхніх ліній відповідає різниці мас 0,036406 (за фізичною шкалою). Це значно вища точність, ніж може дати будь-який хімічний метод.

Якщо досліджуваний елемент немає ізотопів, то визначення його атомної маси не становить особливих труднощів. В іншому випадку необхідно визначити не тільки масу кожного ізотопу, але і їх відносний вміст у суміші. Цю величину не вдається визначити з достатньою точністю, що обмежує застосування мас-спектрографічного методу знаходження атомних мас ізотопічних елементів, особливо важких. Нещодавно за допомогою мас-спектрометрії вдалося встановити з високою точністю відносний вміст двох ізотопів срібла, 107 Ag та 109 Ag. Вимірювання було виконано у Національному бюро стандартів США. Використовуючи ці нові дані та ранні вимірювання мас ізотопів срібла, уточнили значення атомної маси природного срібла. Тепер ця величина вважається рівною 107,8731 (хімічна шкала).

Ядерні реакції.

Для визначення атомних мас деяких елементів можна використовувати співвідношення між масою та енергією, отримане Ейнштейном. Розглянемо реакцію бомбардування ядер 14 N швидкими ядрами дейтерію з утворенням ізотопу 15 N і звичайного водню 1 Н:

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

В результаті реакції виділяється енергія Q= 8615000 еВ, яка відповідно до рівняння Ейнштейна еквівалентна 0,00948 а.е.м. Отже, маса 14 N + 2 H перевищує масу 15 N + 1 H на 0,00948 а.е.м., і якщо знаємо масові числа трьох будь-яких ізотопів – учасників реакції, можемо знайти масу четвертого. Метод дозволяє визначити різницю масових чисел двох ізотопів з більшою точністю, ніж мас-спектрографічний.

Рентгенографія.

Цим фізичним методомможна визначати атомні маси речовин, які за нормальної температури утворюють регулярну кристалічну решітку. Метод заснований на зв'язку між атомною (або молекулярною) масою кристалічної речовини, його щільністю, числом Авогадро та деяким коефіцієнтом, який визначають з відстаней між атомами в кристалічні грати. Необхідно провести прецизійні виміри двох величин: постійної решітки рентгенографічними методами та щільності методом пікнометрії. Застосування методу обмежується труднощами отримання чистих досконалих кристалів (без вакансій та дефектів будь-якого роду).

Уточнення атомних мас.

Усі вимірювання атомних мас, які були виконані понад 20 років тому, проводилися хімічними методами або методом, що ґрунтується на визначенні щільності газів. Останнім часом дані, одержувані мас-спектрометричними та ізотопними методами, збігаються з такою високою точністю, що Міжнародна комісія з атомних мас вирішила скоригувати атомні маси 36 елементів, причому 18 з них не мають ізотопів.
Див. також