Стандартный атомный вес - Standard atomic weight

Пример: медь в земных источниках. Присутствуют два изотопа: медь-63 (62,9) и медь-65 (64,9), в количестве 69% + 31%. В стандартный атомный вес (А_{r, стандарт}(Cu)) для меди - это среднее значение, взвешенное по их естественному содержанию, а затем деленное на постоянная атомной массы м_ты.^[1]

В стандартный атомный вес (А_{r, стандарт}(E)) химический элемент это взвешенное среднее арифметическое из относительные изотопные массы из всех изотопы этого элемента взвешенный по содержанию каждого изотопа на Земля. Например, изотоп ⁶³Cu (А_р = 62,929) составляет 69% медь на Земле, остальные ⁶⁵Cu (А_р = 64,927), поэтому

${displaystyle A_ {ext {r, standard}} (_ {ext {29}} {ext {Cu}}) = 0,69 imes 62,929 + 0,31 imes 64,927 = 63,55.}$

Поскольку относительные массы изотопов равны безразмерные величины, это средневзвешенное значение также безразмерно. Его можно преобразовать в меру массы (с измерение M), умножив его на Далтон, также известная как постоянная атомной массы.

Среди различных вариантов понятия атомный вес (А_р, также известен как относительная атомная масса ), используемый учеными, стандартный атомный вес (А_{r, стандарт}) является наиболее распространенным и практичным. Стандартный атомный вес каждого химического элемента определяется и публикуется Комиссия по изотопному содержанию и атомным весам (CIAAW) Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) на основе натуральных, стабильных, земной источники элемента. В определении указывается использование образцов из многих репрезентативных источников с Земли, так что это значение может широко использоваться как «атомный вес» для веществ, встречающихся в реальности, например, в фармацевтике и научных исследованиях. Нестандартизированные атомные веса элемента зависят от источников и образцов, например атомный вес углерода в конкретной кости из определенного археологического памятника. Стандартный атомный вес усредняет такие значения до диапазон атомных весов что химик мог бы ожидать получить из множества случайных образцов с Земли. Этот диапазон является основанием для обозначение интервала даны для некоторых стандартных значений атомной массы.

Из 118 известных химических элементов 80 имеют стабильные изотопы, а 84 имеют значение, основанное на земной среде. Обычно таким значением является, например, гелий: А_{r, стандарт}(Он) = 4.002602(2). «(2)» указывает на погрешность последней показанной цифры, чтобы читать 4.002602±0.000002. ИЮПАК также издает сокращенные значения, округленное до пяти значащих цифр. Для гелия А_{r, сокращенный}(Он) = 4.0026.

Для тринадцати элементов образцы расходятся по этому значению, потому что их источники образцов имели разную историю распада. Например, таллий (Tl) в осадочных породах имеет другой изотопный состав, чем в магматических породах и вулканических газах. Для этих элементов стандартный атомный вес обозначается интервалом: А_{r, стандарт}(Tl) = [204.38, 204.39]. С таким интервалом для менее сложных ситуаций IUPAC также публикует условное значение. Для таллия А_{r, обычный}(Tl) = 204.38.

Определение

Выдержка из Периодической таблицы ИЮПАК, показывающая обозначение интервалов из стандартные атомные веса бора, углерода и азота (Chemistry International, IUPAC). Пример: круговая диаграмма для бора показывает, что он состоит примерно на 20%. ¹⁰B и 80% ¹¹Б. Эта смесь изотопов приводит к тому, что атомный вес обычных земных проб бора должен находиться в пределах интервала От 10,806 до 10,821. и этот интервал является стандарт атомный вес. Образцы бора из необычных источников, особенно из неземных источников, могли измерять атомный вес, выходящий за пределы этого диапазона. Атомный вес и относительная атомная масса - синонимы.

В стандарт атомный вес - это особое значение относительной атомной массы. Он определяется как «рекомендуемые значения» относительных атомных масс источников. в местной среде земной коры и атмосфера как определено ИЮПАК Комиссия по атомным весам и изотопному содержанию (CIAAW).^[2] В общем, значения из разных источников подвержены естественным колебаниям из-за разной радиоактивной истории источников. Таким образом, стандартные атомные веса - это ожидаемые значения атомных весов из ряда образцов или источников. Ограничивая источники только земным происхождением, значения, определенные CIAAW, имеют меньшую дисперсию и являются более точным значением для относительных атомных масс (атомных масс), фактически обнаруженных и используемых в мирских материалах.

В Ценности, опубликованные CIAAW используются, а иногда и требуются по закону при массовых расчетах. Значения имеют неопределенность (указано в скобках) или являются интервалом ожидания (см. Пример на иллюстрации непосредственно выше). Эта неопределенность отражает естественную изменчивость изотопного распределения для элемента, а не неопределенность измерения (которая намного меньше для качественных приборов).^[3]

Хотя существует попытка охватить диапазон изменчивости на Земле стандартными значениями атомного веса, известны случаи, когда образцы минералов содержат элементы с атомным весом, который отличается от стандартного диапазона атомного веса.^[2]

Для синтетические элементы образующийся изотоп зависит от средств синтеза, поэтому понятие естественного изотопного содержания не имеет значения. Следовательно, для синтетических элементов полное число нуклонов^{[сомнительный – обсудить]} наиболее стабильного изотопа (т.е.изотопа с наибольшим периодом полураспада) указан в скобках вместо стандартного атомного веса.

Когда термин «атомный вес» используется в химии, обычно подразумевается более конкретный стандартный атомный вес. Это стандартные атомные веса, которые используются в периодических таблицах и во многих стандартных справочниках по обычной химии Земли.

Литий представляет собой уникальный случай, когда в некоторых случаях было обнаружено, что естественное содержание изотопов было нарушено деятельностью человека по разделению изотопов до такой степени, что это повлияло на неопределенность его стандартного атомного веса, даже в образцах, полученных из природных источников, таких как реки .^{[нужна цитата ][сомнительный – обсудить]}

Наземное определение

Примером того, почему при указании стандартных значений атомной массы необходимо указать «обычные земные источники», является элемент аргон. Солнечная система атомный вес аргона варьируется до 10% из-за крайних различий в изотопном составе. Если основным источником аргона является распад ⁴⁰
K в скалах, ⁴⁰
Ar будет доминирующим изотопом. К таким локациям относятся планеты Меркурий и Марс, а также луна Титан. На Земле соотношение трех изотопов ³⁶Ar:³⁸Ar:⁴⁰Ar примерно 5: 1: 1600, что дает земному аргону стандартный атомный вес 39,948 (1).

Однако в остальной вселенной дело обстоит иначе. Аргон производится напрямую звездный нуклеосинтез, преобладают альфа-процесс нуклид ³⁶
Ar. Соответственно в солнечном аргоне содержится 84,6% ³⁶
Ar (согласно с Солнечный ветер измерения),^[4] и соотношение трех изотопов ³⁶Ar:³⁸Ar:⁴⁰Ar в атмосферах внешних планет составляет 8400: 1600: 1.^[5] Таким образом, атомный вес аргона на Солнце и в большей части Вселенной будет примерно 36,3.^[6]

Причины неопределенности на Земле

Как известно, опубликованное значение атомной массы сопровождается неопределенностью. Эта неопределенность (и связанная с ней точность) следует из ее определения, поскольку источник является «наземным и стабильным». Систематические причины неопределенности:

1. Пределы измерений. Как всегда, физическое измерение никогда не бывает конечным. Всегда есть больше подробностей, которые можно найти и прочитать. Это относится ко всем не замужем, чистый изотоп обнаружен. Например, сегодня масса основного природного изотопа фтора (фтор-19 ) можно измерить с точностью до одиннадцати знаков после запятой: 18.998403163(6). Но может появиться еще более точная система измерения, дающая больше десятичных знаков.
2. Несовершенные смеси изотопов. В отобранных и измеренных образцах смешивание (относительное содержание) этих изотопов может варьироваться. Например медь. В то время как в общем два его изотопа составляют 69,15% и 30,85% каждый от всей найденной меди, естественной образец при измерении могло быть неполное «перемешивание», поэтому процентные значения отличаются. Разумеется, точность улучшается за счет измерения большего количества образцов, но остается эта причина неопределенности. (Пример: образцы свинца настолько разнятся, что точнее четырех цифр не подобрать: 207.2)
3. Земные источники с разной историей. А источник - это большая исследуемая область, например, «вода океана» или «вулканическая порода» (в отличие от «образца»: единственная куча исследуемого материала). Похоже, что некоторые элементы имеют разные изотопная смесь на источник. Например, таллий в вулканической породе имеет больше легких изотопов, а в осадочной породе - больше тяжелых изотопов. Нет среднего земного числа. Эти элементы показывают обозначение интервала: А_{r, стандарт}(Tl) = [204.38, 204.39]. Из практических соображений публикуется также упрощенный «условный» номер (для Tl: 204,38).

Эти три неопределенности суммируются. Опубликованное значение является результатом всего этого.

Определение относительной атомной массы

Современные относительные атомные массы (термин, характерный для данного образца элемента) рассчитываются на основе измеренных значений атомной массы (для каждого нуклида) и изотопный состав образца. Доступны высокоточные атомные массы.^[7][8] практически для всех нерадиоактивных нуклидов, но изотопные составы труднее измерить с высокой точностью и более подвержены различиям между образцами.^[9][10] По этой причине относительные атомные массы 22 мононуклидные элементы (которые равны изотопным массам для каждого из отдельных встречающихся в природе нуклидов этих элементов) известны с особенно высокой точностью. Например, существует неопределенность только в одну часть из 38 миллионов для относительной атомной массы фтор, точность, превышающая текущее наилучшее значение для Константа Авогадро (одна часть на 20 миллионов).

Расчет приведен на примере кремний, относительная атомная масса которого особенно важна в метрология. Кремний существует в природе как смесь трех изотопов: ²⁸Si, ²⁹Si и ³⁰Si. Атомные массы этих нуклидов известны с точностью до одной части на 14 миллиардов для ²⁸Si и примерно одну миллиардную долю для остальных. Однако диапазон природное изобилие для изотопов такова, что стандартное содержание может составлять не более ± 0,001% (см. таблицу).

А_р(Si) = (27,97693 × 0,922297) + (28,97649 × 0,046832) + (29,97377 × 0,030872) = 28,0854

Оценка неуверенность это сложно,^[11] особенно как распределение выборки не обязательно симметрично: ИЮПАК стандартные относительные атомные массы указаны с расчетными симметричными погрешностями,^[12] а для кремния - 28,0855 (3). Относительная стандартная неопределенность этого значения составляет 1×10^–5 или 10 частей на миллион. Чтобы еще больше отразить эту естественную изменчивость, в 2010 году ИЮПАК принял решение перечислить относительные атомные массы 10 элементов как интервал, а не фиксированное число.^[13]

Споры по именованию

Использование названия «атомный вес» вызвало много споров среди ученых.^[14] Противники названия обычно предпочитают термин «относительная атомная масса» (не путать с атомная масса ). Основное возражение состоит в том, что атомный вес не является вес, это сила воздействовал на объект в гравитационное поле, измеряется в единицах силы, таких как ньютон или фунтал.

В ответ сторонники термина «атомный вес» указывают (среди прочих аргументов)^[14] это

• название постоянно использовалось для одного и того же количества с тех пор, как оно было впервые сформулировано в 1808 году;^[15]
• большую часть этого времени атомный вес действительно измерялся взвешиванием (то есть гравиметрический анализ ) и название физической величины не должно меняться просто потому, что изменился метод ее определения;
• термин «относительная атомная масса» следует зарезервировать для массы конкретного нуклид (или изотоп ), а "атомный вес"использоваться для взвешенный значить атомных масс по всем атомам в образце;
• нередко встречаются вводящие в заблуждение названия физических величин, которые сохраняются по историческим причинам, например,
  • электродвижущая сила, что не является силой
  • разрешающая способность, что не является мощность количество
  • молярная концентрация, которое не является молярным количеством (количеством, выраженным на единицу количества вещества).

Можно добавить, что атомный вес часто не является действительно «атомным», поскольку он не соответствует свойству какого-либо отдельного атома. Тот же аргумент можно было бы привести против «относительной атомной массы», используемой в этом смысле.

Опубликованные значения

ИЮПАК публикует одно формальное значение для каждого стабильного элемента, называемое стандартный атомный вес.^[16][17] Любые обновления публикуются два раза в год (в разные годы). В 2015 году был обновлен атомный вес иттербия.^[16] За 2017 год было изменено 14 атомных весов, в том числе изменение аргона с однозначного на интервальное.^[18][19]

Опубликованное значение может иметь неопределенность, как для неона: 20.1797(6), или может быть интервалом, как для бора: [10.806, 10.821].

Наряду с этими 84 значениями IUPAC также публикует сокращенный значения (только до пяти цифр на номер), а для двенадцати значений интервала обычный значения (однозначные значения).

Символ А_р относительная атомная масса, например, для определенного образца. Чтобы быть конкретным, стандартный атомный вес можно обозначить как А_{r, стандарт}(E), где (E) - символ элемента.

Сокращенный атомный вес

В сокращенный атомный вес, также опубликованный CIAAW, выводится из стандартного атомного веса, уменьшающего числа до пяти цифр (пяти значащих цифр). В названии не сказано «округлый».

Границы интервалов закруглены вниз для первой (самой нижней) границы и снизу вверх для вверх (верхняя) граница. Таким образом, полностью покрывается более точный исходный интервал.^[20]

Примеры:

• Кальций: А_{r, стандарт}(Са) = 40,078 (4) → А_{r, сокращенный}(Са) = 40,078
• Гелий: А_{r, стандарт}(Он) = 4,002602 (2) → А_{r, сокращенный}(Он) = 4,0026
• Водород: А_{r, стандарт}(H) = [1,00784, 1,00811] → А_{r, сокращенный}(H) = [1,0078, 1,0082]

Условный атомный вес

Тринадцать химических элементов имеют стандартный атомный вес, который определяется не как одно число, а как интервал. Например, водород имеет А_{r, стандарт}(H) = [1,00 784, 1,00811]. Это обозначение указывает на то, что различные источники на Земле имеют существенно разные изотопные составы, и неопределенности включены в два числа. Для этих элементов не существует «среднего для Земли» строения, и «правильное» значение не является его средним (это будет 1,007975 для водорода с погрешностью (± 0,000135), которая заставит его просто покрыть интервал). Однако для ситуаций, когда приемлемо менее точное значение, CIAAW опубликовал однозначный условный атомный вес которые можно использовать например в торговле. Для водорода А_{r, обычный}(H) = 1,008. Тринадцать элементов: водород, литий, бор, углерод, азот, кислород, магний, кремний, сера, хлор, аргон, бром и таллий.^[21]

Формальный короткий атомный вес

Используя сокращенное значение и обычное значение для тринадцати значений интервалов, можно дать короткое значение, определенное IUPAC (5 цифр плюс неопределенность), для всех стабильных элементов. Во многих ситуациях и в периодических таблицах это может быть достаточно подробно.^[22]

Список атомных весов

В периодической таблице

Периодическая таблица

Группа	1	2	3		4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
	Водород и щелочных металлов	Щелочноземельные металлы														Пниктогены	Халькогены	Галогены	благородные газы
Период 1	Водород1ЧАС​1.008																		Гелий2Он​4.0026
2	Литий3Ли​6.94	Бериллий4Быть​9.0122												Бор5B​10.81	Углерод6C​12.011	Азот7N​14.007	Кислород8О​15.999	Фтор9F​18.998	Неон10Ne​20.180
3	Натрий11Na​22.990	Магний12Mg​24.305												Алюминий13Al​26.982	Кремний14Si​28.085	Фосфор15п​30.974	Сера16S​32.06	Хлор17Cl​35.45	Аргон18Ar​39.95
4	Калий19K​39.098	Кальций20Ca​40.078	Скандий21Sc​44.956		Титан22Ti​47.867	Ванадий23V​50.942	Хром24Cr​51.996	Марганец25Mn​54.938	Утюг26Fe​55.845	Кобальт27Co​58.933	Никель28Ni​58.693	Медь29Cu​63.546	Цинк30Zn​65.38	Галлий31Ga​69.723	Германий32Ge​72.630	Мышьяк33Так как​74.922	Селен34Se​78.971	Бром35Br​79.904	Криптон36Kr​83.798
5	Рубидий37Руб.​85.468	Стронций38Sr​87.62	Иттрий39Y​88.906		Цирконий40Zr​91.224	Ниобий41Nb​92.906	Молибден42Пн​95.95	Технеций43Tc​[97]	Рутений44RU​101.07	Родий45Rh​102.91	Палладий46Pd​106.42	Серебряный47Ag​107.87	Кадмий48Компакт диск​112.41	Индий49В​114.82	Банка50Sn​118.71	Сурьма51Sb​121.76	Теллур52Te​127.60	Йод53я​126.90	Ксенон54Xe​131.29
6	Цезий55CS​132.91	Барий56Ба​137.33	Лантан57Ла​138.91		Гафний72Hf​178.49	Тантал73Та​180.95	Вольфрам74W​183.84	Рений75Re​186.21	Осмий76Операционные системы​190.23	Иридий77Ir​192.22	Платина78Pt​195.08	Золото79Au​196.97	Меркурий80Hg​200.59	Таллий81Tl​204.38	Свинец82Pb​207.2	Висмут83Би​208.98	Полоний84По​[209]	Астатин85В​[210]	Радон86Rn​[222]
7	Франций87Пт​[223]	Радий88Ра​[226]	Актиний89Ac​[227]		Резерфордий104Rf​[267]	Дубний105Db​[268]	Сиборгий106Sg​[269]	Бориум107Bh​[270]	Калий108Hs​[269]	Мейтнерий109Mt​[278]	Дармштадтиум110Ds​[281]	Рентгений111Rg​[282]	Копернициум112Cn​[285]	Nihonium113Nh​[286]	Флеровий114Fl​[289]	Московиум115Mc​[290]	Ливерморий116Lv​[293]	Tennessine117Ц​[294]	Оганессон118Og​[294]
					Церий58Ce​140.12	Празеодим59Pr​140.91	Неодим60Nd​144.24	Прометий61Вечера​[145]	Самарий62См​150.36	Европий63ЕС​151.96	Гадолиний64Б-г​157.25	Тербий65Tb​158.93	Диспрозий66Dy​162.50	Гольмий67Хо​164.93	Эрбий68Э​167.26	Тулий69Тм​168.93	Иттербий70Yb​173.05	Лютеций71Лу​174.97
					Торий90Чт​232.04	Протактиний91Па​231.04	Уран92U​238.03	Нептуний93Np​[237]	Плутоний94Пу​[244]	Америций95Am​[243]	Кюрий96См​[247]	Берклиум97Bk​[247]	Калифорний98Cf​[251]	Эйнштейний99Es​[252]	Фермий100FM​[257]	Менделевий101Мкр​[258]	Нобелиум102Нет​[259]	Лоуренсий103Lr​[266]

1 (красный) =Газ 3 (черный) =Твердый 80 (зеленый) =Жидкость 109 (серый) = Неизвестно Цвет атомного номера показывает состояние дела (в 0 ° C и 1 атм )

Изначальный  От распада  Синтетический Граница показывает естественное появление элемента

Стандартный атомный вес А_{г, стд}(E)^[1]

• Ca:40.078 - Формальное краткое значение, округленное (без неопределенности)^[24]
• По: [209] - массовое число самого стабильного изотопа

Фоновый цвет показывает подкатегорию в тренде металл – металлоид – неметалл:

Металл						Металлоид	Неметалл			Неизвестно химический свойства
Щелочной металл	Щелочноземельный металл	Лантаноид	Актинид	Переходный металл	Пост переходный металл		Реактивный неметалл	благородный газ

Смотрите также

• Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК)
• Комиссия по изотопному содержанию и атомным весам

использованная литература

внешние ссылки

• Комиссия ИЮПАК по изотопному содержанию и атомным весам
• Атомный вес элементов 2011