Атомная масса

Атомная масса, атомный вес, значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы. Применение особой единицы для измерения Атомной массы связано с тем, что массы атомов чрезвычайно малы (10^-22 - 10^-24 г) и выражать их в граммах неудобно. За единицу Атомной массы принята ¹/₁₂ часть массы изотопа атома углерода ¹²С. Масса углеродной единицы (сокращенно у. е.) равна (1,66043±0,00031)·10^-24 г. Обычно при указании Атомной массы обозначение "у. е." опускают. Понятие "Атомная масса" ввел Дж. Дальтон (1803). Он же впервые определил Атомную массу. Обширные работы по установлению Атомной массы были выполнены в 1-й половине 19 века Я. Берцелиусом, позднее Ж. С. Стасом и Т. У. Ричардсом. В 1869 году Д. И. Менделеев открыл закон периодической зависимости свойств элементов от Атомной массы и на его основе исправил Атомные массы многих известных в то время элементов (Be, U, La и других) и, кроме того, предсказал Атомные массы еще не открытых тогда Ga, Ge, Sc. После открытия Ф. Содди (1914) явления изотопии понятие "Атомная масса" стали относить и к элементам, состоящим из смеси изотопов, и к отдельным изотопам. Для элементов, которые представлены в природе одним изотопом (например, F, Al), Атомная масса элемента совпадает с Атомной массой этого изотопа. Если элемент - смесь изотопов, то его Атомную массу вычисляют как среднее значение из Атомной массы отдельных его изотопов, с учетом 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. Атомная масса 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 Атомную массу, являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. Близость к целым числам Атомная масса 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 Атомной массы изотопов (кроме ¹²С, 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 1,008665 4 и 1,00727663), во-вторых, дефектом массы и, в-третьих, небольшим вкладом в общую массу атома массы электронов.

По предложению Дж. Дальтона (1803) единицей Атомной массы сначала служила масса атома водорода (водородная шкала). В 1818 году Берцелиус опубликовал таблицу Атомных масс, отнесенных к Атомной массе кислорода, принятой равной 100. Система Атомных масс Берцелиуса господствовала до 1860-х годов, когда химики опять приняли водородную шкалу. Но в 1906 году они перешли на кислородную шкалу, по которой за единицу Атомной массы принимали ¹/₁₆ часть Атомной массой кислорода. После открытия изотопов кислорода (¹⁶О, ¹⁷О, ¹⁸О) Атомные массы стали указывать по двум шкалам: химической, в основе которой лежала ¹/₁₆ часть средней массы атома природного кислорода, и физической с единицей массы, равной ¹/₁₆массы атома ¹⁶О. Использование двух шкал имело ряд недостатков, вследствие чего в 1961 году перешли к единой, углеродной шкале.

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