Atomtömeg

Az atomtömeg  egy atom tömege . Az SI mértékegysége a kilogramm , rendszerint a  rendszeren kívüli mértékegység  az atomtömeg mértékegysége .

Általános információk

Az atomok egyik alapvető tulajdonsága a tömege. Az atom abszolút tömege rendkívül kicsi mennyiség. Így egy hidrogénatom tömege körülbelül 1,67⋅10 -24 g [1] . Ezért a kémiában (főleg gyakorlati célokra) sokkal kényelmesebb egy relatív (feltételes) értéket használni, amelyet relatív atomtömegnek vagy egyszerűen atomtömegnek neveznek , és amely megmutatja, hogy egy adott atom tömegének hányszorosa. elem nagyobb, mint egy másik elem atomjának tömege, tömegmértékegységnek tekintve.

Az atom- és molekulatömegek mértékegységeként a legelterjedtebb 12 C szénizotóp [2] semleges atomjának tömegének 1 ⁄ 12 részét fogadjuk el . Ezt a nem rendszerszerű tömegegységet atomtömeg-egységnek ( a.u.m. ) vagy daltonnak (megnevezés: Igen; az egység J. Daltonról nevezték el ).

Az izotóp atomtömege és tömegszáma közötti különbséget tömegtöbbletnek nevezzük (általában M‐ eV -ben fejezzük ki ). Lehet pozitív és negatív is; előfordulásának oka az atommagok kötési energiájának nemlineáris függése a protonok és neutronok számától, valamint a proton és a neutron tömegének különbsége.

Az izotóp atomtömegének a tömegszámtól való függése a következő : a tömegtöbblet pozitív a hidrogén-1 -re, a tömegszám növekedésével csökken és negatív lesz, amíg el nem éri a vas-56 minimumát , majd elkezd növekszik és pozitív értékekre nő a nehéz nuklidok esetében . Ez megfelel annak, hogy a vasnál nehezebb magok hasadása során energia szabadul fel, míg a könnyű atommagok hasadásához energia kell. Éppen ellenkezőleg, a vasnál könnyebb atommagok fúziója energiát szabadít fel, míg a vasnál nehezebb elemek fúziója további energiát igényel.

Egy kémiai elem atomtömege (más néven "átlagos atomtömeg", "standard atomtömeg") egy adott kémiai elem természetben létező összes stabil és instabil izotópjának súlyozott átlagos atomtömege , figyelembe véve azok természetes (százalékos ) tömegét. ) előfordulása a földkéregben és a légkörben . Ezt az atomtömeget mutatjuk be D. I. Mengyelejev periódusos rendszerében , és ezt használják a sztöchiometrikus számításokban. A zavart izotóparányú (például valamilyen izotóppal dúsított) elem atomtömege eltér a szabványostól. A monoizotóp elemek (például jód , arany stb. ) esetében az elem atomtömege egybeesik a természetes keverékben jelen lévő egyetlen izotóp atomtömegével. A természetben nem található kémiai elemeknél (szintetikus kémiai elemek), mint például a technécium , kúrium stb. , ennek az elemnek a legstabilabb ismert izotópjának tömegszámát általában az elem atomtömegeként jelölik; az ilyen értékeket a periódusos rendszerben hagyományosan szögletes zárójelben tüntetik fel.

Az eddig mért atomtömegek legpontosabb értékei az IUPAC gondozásában rendszeresen, néhány évente egyszer megjelenő Atomic Mass Evaluation (AME) című kiadványban találhatók [3] . 2022-re vonatkozóan a legújabb kiadvány az AME2020 [4] .

Relatív atomtömeg

Relatív atomtömeg (elavult név - atomsúly ) - az atom tömegének atomtömeg-egységekben kifejezett értéke egy adott elem atomjának tömegének és az egy adott elem tömegének 1⁄12-hez viszonyított aránya . a szénizotóp semleges atomja 12 C. A definícióból következik, hogy a relatív atomtömeg dimenzió nélküli mennyiség [5] .

Molekulatömeg (moláris)

Egy kémiai vegyület molekulatömege az azt alkotó elemek atomtömegének összege, megszorozva az elemek sztöchiometrikus együtthatóival a vegyület kémiai képlete szerint. Szigorúan véve egy molekula tömege a molekula kötési energiájával egyenlő értékkel kisebb, mint az alkotó atomok tömege (lásd fent). Ez a tömeghiba azonban 9-10 nagyságrenddel kisebb, mint a molekula tömege, és elhanyagolható.

A mól definícióját (és Avogadro-számát ) úgy választjuk meg, hogy egy anyag egy móljának tömege ( móltömeg ) grammban (mólonként) kifejezve számszerűen egyenlő legyen az anyag atom- (vagy molekula) tömegével. Például a vas atomtömege 55,847 amu. m. Ezért egy mól vas (vagyis az Avogadro-számmal megegyező vasatomok száma, ≈6,022⋅10 23 ) 55,847 g tömegű .

Az atomok és molekulák tömegének közvetlen összehasonlítása és mérése tömegspektrometriás módszerekkel történik .

Történelem

Az atomtömegek kiszámításakor kezdetben (a 19. század eleje óta, J. Dalton javaslatára ; lásd Dalton atomisztikus elméletét ) a hidrogénatom, mint a legkönnyebb elem tömegét vettük tömegegységnek [relatív] és , ehhez képest más elemek atomtömegét számolták ki. De mivel a legtöbb elem atomtömegét oxigénvegyületeik összetétele alapján határozzák meg, a számításokat valójában az oxigén atomtömegére vonatkoztatva végezték, amelyet 16-nak feltételeztünk; az oxigén és a hidrogén atomtömegének arányát 16:1 -nek feltételezték . Ezt követően a pontosabb mérések azt mutatták, hogy ez az arány 15,874:1 vagy, ami megegyezik, 16:1,0079 , attól függően, hogy melyik atomhoz - oxigénhez vagy hidrogénhez - van hozzárendelve az egész érték. Az oxigén atomtömegének változása a legtöbb elem atomtömegének változását vonná maga után. Ezért úgy döntöttek, hogy a 16-os atomtömeget hagyják az oxigénnél, és a hidrogén atomtömegét 1,0079-nek vették.

Így az oxigénatom tömegének 1⁄16-át, amelyet oxigénegységnek neveztek , atomtömeg - egységnek vettük . Később kiderült, hogy a természetes oxigén izotópok keveréke , így az oxigén tömegegysége a természetes oxigénizotópok (oxigén-16, oxigén-17 és oxigén-18 ) atomtömegének átlagos értékét jellemzi. instabil lehet az oxigén izotópösszetételének természetes változásai miatt. Az atomfizika számára egy ilyen mértékegység elfogadhatatlannak bizonyult, és ebben a tudományágban a 16 O oxigénatom tömegének 1⁄16 - át vették atomtömeg-egységnek . Ennek eredményeként az atomtömegek két skálája. formát öltött – kémiai és fizikai. A két skála atomtömeg jelenléte nagy kényelmetlenséget okozott. Számos fizikai és kémiai skálán számított állandó értéke eltérőnek bizonyult [6] . Ez az elfogadhatatlan álláspont az atomtömegek szénskálájának bevezetéséhez vezetett az oxigén skála helyett.

A relatív atomtömegek egységes skáláját és az atomtömeg új mértékegységét a Nemzetközi Fizikusok Kongresszusa (1960), majd a Nemzetközi Kémikusok Kongresszusa (1961; 100 évvel az I. Nemzetközi Vegyészkongresszus után ) egységesítette. előző két oxigénegység atomtömeg - fizikai és kémiai. Az oxigén kémiai egysége egy új atomtömegű szénegység 0,999957-tel egyenlő. A modern léptékben az oxigén és a hidrogén relatív atomtömege rendre 15,9994: 1,0079 ... Mivel az atomtömeg új egysége egy adott izotóphoz van kötve, nem pedig egy vegyi anyag atomtömegének átlagos értékéhez. elem, a természetes izotóp variációk nem befolyásolják ennek az egységnek a reprodukálhatóságát.

Jegyzetek

  1. ↑ Lásd: Alapvető fizikai állandók#Egyéb fizikai állandók .
  2. ↑ Ezért ennek az izotópnak az atomtömege definíció szerint pontosan 12 (a.m.u.)
  3. ↑ Atomic Mass Evaluation (AME) archiválva 2019. január 11-én a Wayback Machine -nél
  4. ↑ Huang WJ , Meng Wang , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. Az Ame2020 atomtömeg-értékelése (I). Bemeneti adatok kiértékelése és beállítási eljárások  (angol)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , iss. 3 . - P. 030002-1-030002-342 . doi : 10.1088 / 1674-1137/abddb0 .
    Meng Wang , Huang WJ , Kondev FG , Audi G. , Naimi S. Az Ame2020 atomtömeg-értékelése (II.). Táblázatok, grafikonok és hivatkozások  (angol nyelven)  // Chinese Physics C. - 2021. - Vol. 43 , iss. 3 . - P. 030003-1-030003-512 . - doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  5. ↑ Chertov A. G. Fizikai mennyiségek mértékegységei. - M . : " Felsőiskola ", 1977. - 287 p.
  6. ↑ Nekrasov B.V. Az általános kémia alapjai. - 3. kiadás - M . : Kémia, 1973. - T. I. - S. 22-27. '

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák