Względna masa atomowa - Relative atomic mass
Względna masa atomowa (symbol: R ) lub masa atomowa jest bezwymiarową wielkością fizyczną określono jako stosunek średniej masy z węgla o pierwiastka w danej próbce do atomu stałej masy . Stałą masy atomowej (symbol: m u ) definiuje się jako1/12masy atomu węgla-12 . Ponieważ obie wielkości w stosunku są masami, wynikowa wartość jest bezwymiarowa; stąd mówi się, że wartość jest względna .
Dla pojedynczej danej próbki względna masa atomowa danego pierwiastka jest średnią arytmetyczną ważoną mas poszczególnych atomów (w tym ich izotopów ) obecnych w próbce. Ta ilość może się znacznie różnić między próbkami, ponieważ pochodzenie próbki (a tym samym jej historia radioaktywności lub historia dyfuzji) może wytworzyć unikalne kombinacje obfitości izotopów . Na przykład, ze względu na inną mieszaninę stabilnych izotopów węgla-12 i węgla-13 , próbka węgla pierwiastkowego z metanu wulkanicznego będzie miała inną względną masę atomową niż próbka pobrana z tkanek roślinnych lub zwierzęcych.
Bardziej powszechne, a określona ilość znany jako standardowej masy atomowej ( A r, standardu ) jest stosowanie wartości względnej masy atomowej otrzymanych od wielu różnych próbek. Czasami interpretuje się to jako oczekiwany zakres względnych wartości mas atomowych dla atomów danego pierwiastka ze wszystkich źródeł naziemnych, przy czym różne źródła są pobierane z Ziemi . „Masa atomowa” jest często luźno i niepoprawnie używana jako synonim standardowej masy atomowej (niepoprawnie, ponieważ standardowe masy atomowe nie pochodzą z pojedynczej próbki). Standardowa masa atomowa jest jednak najczęściej publikowanym wariantem względnej masy atomowej.
Ponadto ciągłe używanie terminu „masa atomowa” (dla dowolnego pierwiastka) w przeciwieństwie do „względnej masy atomowej” wzbudzało znaczne kontrowersje od co najmniej lat sześćdziesiątych, głównie ze względu na techniczną różnicę między masą a masą w fizyce. Mimo to oba terminy są oficjalnie usankcjonowane przez IUPAC . Termin „względna masa atomowa” wydaje się obecnie zastępować „masę atomową” jako preferowany termin, chociaż termin „ standardowa masa atomowa” (w przeciwieństwie do bardziej poprawnej „ standardowej względnej masy atomowej”) jest nadal używany.
Definicja
Względna masa atomowa jest określana przez średnią masę atomową lub średnią ważoną mas atomowych wszystkich atomów danego pierwiastka chemicznego znajdującego się w określonej próbce, która jest następnie porównywana z masą atomową węgla-12. To porównanie jest ilorazem dwóch wag, co sprawia, że wartość jest bezwymiarowa (bez jednostki). Ten iloraz wyjaśnia również słowo względny : wartość masy próbki jest rozpatrywana w odniesieniu do węgla-12.
Jest to synonim masy atomowej, choć nie należy go mylić ze względną masą izotopową . Względna masa atomowa jest również często używana jako synonim standardowej masy atomowej, a te wielkości mogą mieć nakładające się wartości, jeśli użyta względna masa atomowa jest taka dla pierwiastka z Ziemi w określonych warunkach. Jednak względna masa atomowa (masa atomowa) jest nadal technicznie różna od standardowej masy atomowej, ponieważ stosuje się ją tylko do atomów uzyskanych z pojedynczej próbki; nie ogranicza się również do próbek naziemnych, podczas gdy standardowa masa atomowa uśrednia wiele próbek, ale tylko ze źródeł naziemnych. Względna masa atomowa jest zatem terminem bardziej ogólnym, który może szerzej odnosić się do próbek pobranych ze środowisk nieziemskich lub bardzo specyficznych środowisk ziemskich, które mogą znacznie różnić się od średniej dla Ziemi lub odzwierciedlać różne stopnie pewności (np. pod względem liczby cyfr znaczących ) niż te odzwierciedlone w standardowych masach atomowych.
Aktualna definicja
Obowiązujące definicje IUPAC (zaczerpnięte ze „ Złotej Księgi ”) to:
- masa atomowa — patrz: względna masa atomowa
oraz
- względna masa atomowa (masa atomowa) — Stosunek średniej masy atomu do ujednoliconej jednostki masy atomowej.
W tym przypadku jako „integralna jednostka masy atomowej” odnosi się do 1 / 12 masy atomu 12 ° C w stanie podstawowym .
Definicja względnej masy atomowej według IUPAC to:
- Masa atomowa (względna masa atomowa) pierwiastka z określonego źródła to stosunek średniej masy na atom pierwiastka do 1/12 masy atomu 12 C.
Definicja określa celowo „ An masę atomową ...”, jako element mają różne masy atomowe względne w zależności od źródła. Na przykład bor z Turcji ma niższą względną masę atomową niż bor z Kalifornii , ze względu na inny skład izotopowy . Niemniej jednak, biorąc pod uwagę koszt i trudność analizy izotopowej , powszechną praktyką jest zastępowanie tabelarycznymi wartościami standardowych mas atomowych , które są wszechobecne w laboratoriach chemicznych i które są weryfikowane co dwa lata przez Komisję IUPAC ds. Obfitości I Masy Atomowej (CIAAW) .
Wykorzystanie historyczne
Starsze (przed 1961) historyczne skale względne oparte na jednostce masy atomowej (symbol: amu lub amu ) wykorzystywały albo względną masę izotopową tlenu-16, albo względną masę atomową tlenu (tj. masę atomową) jako odniesienie. Zobacz artykuł o historii nowoczesnej zunifikowanej jednostki masy atomowej, aby rozwiązać te problemy.
Standardowa masa atomowa
IUPAC komisja CIAAW utrzymuje wartość oczekiwana-przedział dla względnej masy atomowej (lub masy atomowej) na Ziemi o nazwie standardowej masie atomowej. Standardowa masa atomowa wymaga, aby źródła były naziemne, naturalne i stabilne pod względem radioaktywności. Istnieją również wymagania dotyczące procesu badawczego. Dla 84 stabilnych pierwiastków CIAAW określiła tę standardową masę atomową. Wartości te są szeroko publikowane i określane luźno jako „masa atomowa” pierwiastków dla rzeczywistych substancji, takich jak farmaceutyki i handel komercyjny.
Ponadto CIAAW opublikowało skrócone (zaokrąglone) wartości i uproszczone wartości (dla sytuacji, gdy ziemskie źródła zmieniają się systematycznie).
Inne miary masy atomów
Masa atomowa ( m a ) to masa pojedynczego atomu z jednostką Da lub u ( dalton ). Definiuje masę konkretnego izotopu, która jest wartością wejściową do określenia względnej masy atomowej. Poniżejpodanoprzykład trzechizotopów krzemu .
Stosunku izotopowego masa jest dokładniej stosunek masy jeden atom z masą a jednostka masy atomowej. Ta wartość również jest względna, a zatem bezwymiarowa.
Wyznaczanie względnej masy atomowej
Współczesne względne masy atomowe (termin specyficzny dla danej próbki pierwiastka) są obliczane na podstawie zmierzonych wartości masy atomowej (dla każdego nuklidu ) i składu izotopowego próbki. Bardzo dokładne masy atomowe są dostępne dla praktycznie wszystkich nieradioaktywnych nuklidów, ale składy izotopowe są trudniejsze do zmierzenia z wysoką precyzją i bardziej podatne na wahania między próbkami. Z tego powodu względne masy atomowe 22 pierwiastków jednonuklidowych (które są takie same jak masy izotopowe każdego z pojedynczych naturalnie występujących nuklidów tych pierwiastków) są znane ze szczególnie wysoką dokładnością. Na przykład, istnieje niepewność tylko jednej części na 38 milionów dla względnej masy atomowej fluoru , dokładność, która jest większa niż obecnie najlepsza wartość stałej Avogadro (jedna część na 20 milionów).
| Izotop | Masa atomowa | Obfitość | |
|---|---|---|---|
| Standard | Zasięg | ||
| 28 Si | 27.976 926 532 46 (194) | 92,2297(7)% | 92,21–92,25% |
| 29 Si | 28,976 494 700 (22) | 4.6832(5)% | 4,67-4,69% |
| 30 Si | 29,973 770 171 (32) | 3.0872(5)% | 3,08–3,10% |
Przykładem obliczeń jest krzem , którego względna masa atomowa jest szczególnie ważna w metrologii . Krzem występuje w naturze jako mieszanina trzech izotopów: 28 Si, 29 Si i 30 Si. Masy atomowe tych nuklidów są znane z dokładnością do jednej części na 14 miliardów dla 28 Si i około jednej części na miliard dla pozostałych. Jednak zakres naturalnej liczebności izotopów jest taki, że standardową liczebność można podać jedynie na poziomie około ±0,001% (patrz tabela).
Obliczenia są następujące:
- R (Si) = (27,976 93 × 0,922297) + (28,976 49 × 0,046832) + (29,973 77 × 0,030872) = 28,0854
Oszacowanie niepewności jest skomplikowane, zwłaszcza że rozkład próbki niekoniecznie jest symetryczny: standardowe względne masy atomowe IUPAC są podawane z oszacowanymi niepewnościami symetrycznymi, a wartość dla krzemu wynosi 28,0855(3). Względna niepewność standardowa tej wartości wynosi 1 × 10 –5 lub 10 ppm.
Oprócz tej niepewności pomiaru, niektóre elementy mają zmienność względem źródeł. Oznacza to, że różne źródła (woda oceaniczna, skały) mają różną historię radioaktywną i przez to różny skład izotopowy. Aby odzwierciedlić tę naturalną zmienność, IUPAC podjął w 2010 r. decyzję o wymienieniu standardowych względnych mas atomowych 10 pierwiastków jako przedziału, a nie jako stałą liczbę.
Zobacz też
- Possolo, Antonio; van der Veen, Adriaan MH; Meija, Juris; Brynn Hibbert, D. (2018-01-04). „Interpretowanie i propagowanie niepewności standardowych mas atomowych (sprawozdanie techniczne IUPAC)” . Pobrano 08.02.2019 .
- Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC)
- Komisja ds. Obfitości Izotopów i Mas Atomowych (CIAAW)