Relativní atomová hmotnost - Relative atomic mass

Relativní atomová hmotnost (symbol: r ), nebo atomová hmotnost je bezrozměrná fyzikální veličina je definována jako poměr průměrné hmotnosti z atomů jednoho chemického prvku v daném vzorku na atomové hmotnosti konstantní . Konstanta atomové hmotnosti (symbol: m u ) je definována jako bytí1/12hmotnosti atomu uhlíku-12 . Protože obě veličiny v poměru jsou hmotnosti, je výsledná hodnota bezrozměrná; proto se říká, že hodnota je relativní .

Pro jeden daný vzorek je relativní atomová hmotnost daného prvku váženým aritmetickým průměrem hmot jednotlivých atomů (včetně jejich izotopů ), které jsou ve vzorku přítomny. Toto množství se může mezi vzorky podstatně lišit, protože původ vzorku (a tedy jeho radioaktivní historie nebo difúzní historie) mohly produkovat jedinečné kombinace izotopických hojností . Například díky odlišné směsi stabilních izotopů uhlíku-12 a uhlíku-13 bude mít vzorek elementárního uhlíku ze sopečného metanu jinou relativní atomovou hmotnost než ta odebraná z rostlinných nebo živočišných tkání.

Běžnější a konkrétnější veličina známá jako standardní atomová hmotnost ( A r, standard ) je aplikace relativních hodnot atomové hmotnosti získaných z více různých vzorků. Někdy je interpretován jako očekávaný rozsah relativních hodnot atomové hmotnosti pro atomy daného prvku ze všech pozemských zdrojů, přičemž různé zdroje jsou odebírány ze Země . „Atomová hmotnost“ se často volně a nesprávně používá jako synonymum pro standardní atomovou hmotnost (nesprávně, protože standardní atomové hmotnosti nepocházejí z jednoho vzorku). Standardní atomová hmotnost je nicméně nejrozšířenější variantou relativní atomové hmotnosti.

Navíc pokračující používání pojmu „atomová hmotnost“ (pro jakýkoli prvek) na rozdíl od „relativní atomové hmotnosti“ přitahovalo přinejmenším od 60. let 20. století značnou kontroverzi, zejména kvůli technickému rozdílu mezi hmotností a hmotou ve fyzice. Přesto jsou obě podmínky oficiálně schválena IUPAC . Nyní se zdá, že termín „relativní atomová hmotnost“ nahrazuje „atomovou hmotnost“ jako upřednostňovaný termín, ačkoli termín „ standardní atomová hmotnost“ (na rozdíl od správnější „ standardní relativní atomové hmotnosti“) se nadále používá.

Definice

Relativní atomová hmotnost je určena průměrnou atomovou hmotností nebo váženým průměrem atomových hmotností všech atomů konkrétního chemického prvku nalezeného v konkrétním vzorku, který je poté porovnán s atomovou hmotností uhlíku-12. Toto srovnání je podílem těchto dvou vah, což činí hodnotu bezrozměrnou (bez jednotky). Tento kvocient také vysvětluje slovo relativní : hodnota hmotnosti vzorku je považována za relativní k hodnotě uhlíku-12.

Je to synonymum pro atomovou hmotnost, i když to nelze zaměňovat s relativní izotopickou hmotností . Relativní atomová hmotnost se také často používá jako synonymum pro standardní atomovou hmotnost a tato množství mohou mít překrývající se hodnoty, pokud je relativní atomová hmotnost pro prvek ze Země za definovaných podmínek. Relativní atomová hmotnost (atomová hmotnost) je však stále technicky odlišná od standardní atomové hmotnosti, protože je aplikována pouze na atomy získané z jednoho vzorku; není také omezeno na pozemské vzorky, zatímco standardní atomová hmotnost průměruje více vzorků, ale pouze z pozemských zdrojů. Relativní atomová hmotnost je tedy obecnějším pojmem, který se může v širším smyslu vztahovat na vzorky odebrané z mimozemského prostředí nebo vysoce specifického pozemského prostředí, které se může podstatně lišit od průměru Země nebo může odrážet různé stupně jistoty (např. V počtu významných čísel ) než které se odrážejí ve standardních atomových hmotnostech.

Aktuální definice

Převládající definice IUPAC (převzaty ze „ zlaté knihy “) jsou:

atomová hmotnost - Viz: relativní atomová hmotnost

a

relativní atomová hmotnost (atomová hmotnost) - Poměr průměrné hmotnosti atomu ke sjednocené jednotce atomové hmotnosti.

Zde „jednotná hmotnostní jednotka atomové hmotnosti“ označuje 1 / 12 hmotnosti atomu 12 C v základním stavu .

Definice relativní atomové hmotnosti podle IUPAC je:

Atomová hmotnost (relativní atomová hmotnost) prvku ze zadaného zdroje je poměr průměrné hmotnosti na atom prvku k 1/12 hmotnosti atomu 12 C.

Definice záměrně uvedeno „ An atomové váze ...“, neboť prvek bude mít různé relativní atomové hmotnosti v závislosti na zdroji. Například bór z Turecka má nižší relativní atomovou hmotnost než bór z Kalifornie , protože má odlišné izotopické složení . Vzhledem k nákladům a obtížnosti analýzy izotopů je však běžnou praxí nahradit tabulkové hodnoty standardních atomových hmotností , které jsou v chemických laboratořích všudypřítomné a které reviduje každé dva roky Komise IUPAC pro izotopické hojnosti a atomové hmotnosti (CIAAW) .

Historické využití

Starší (před rokem 1961) historické relativní stupnice založené na jednotce atomové hmotnosti (symbol: amu nebo amu ) používaly pro referenci buď relativní izotopickou hmotnost kyslíku-16, nebo také relativní atomovou hmotnost kyslíku (tj. Atomovou hmotnost). Řešení těchto problémů najdete v článku o historii moderní jednotné jednotky atomové hmotnosti .

Standardní atomová hmotnost

IUPAC komise CIAAW udržuje hodnotu očekávání-interval pro relativní atomové hmotnosti (nebo atomové hmotnosti) na Zemi s názvem standardní atomovou hmotností. Standardní atomová hmotnost vyžaduje, aby zdroje byly pozemské, přirozené a stabilní s ohledem na radioaktivitu. Existují také požadavky na proces výzkumu. Pro 84 stabilních prvků stanovila CIAAW tuto standardní atomovou hmotnost. Tyto hodnoty jsou široce publikovány a volně označovány jako „atomová hmotnost prvků pro látky v reálném životě, jako jsou léčiva a komerční obchod.

CIAAW také publikoval zkrácené (zaoblené) hodnoty a zjednodušené hodnoty (pro případy, kdy se pozemské zdroje systematicky mění).

Další míry hmotnosti atomů

Atomová hmotnost ( m a ) je hmotnost jednoho atomu s jednotkou Da nebo u ( dalton ). Definuje hmotnost konkrétního izotopu, což je vstupní hodnota pro stanovení relativní atomové hmotnosti. Nížeje uvedenpříklad tříizotopů křemíku .

Relativní izotopová hmota je specificky poměr hmotnosti jednoho atomu k hmotnosti sjednocené atomové hmotnosti. Tato hodnota je také relativní, a proto bezrozměrná.

Stanovení relativní atomové hmotnosti

Moderní relativní atomové hmotnosti (termín specifický pro daný vzorek prvku) se vypočítávají z naměřených hodnot atomové hmotnosti (pro každý nuklid ) a izotopového složení vzorku. Vysoce přesné atomové hmotnosti jsou k dispozici prakticky pro všechny neradioaktivní nuklidy, ale izotopové kompozice jsou obtížněji měřitelné s vysokou přesností a více podléhají změnám mezi vzorky. Z tohoto důvodu jsou relativní atomové hmotnosti 22 mononuklidových prvků (které jsou stejné jako izotopové hmotnosti pro každý z jednotlivých přirozeně se vyskytujících nuklidů těchto prvků) známy obzvláště vysokou přesností. Například existuje relativní nejistota pouze jedné části z 38 milionů pro relativní atomovou hmotnost fluoru , což je přesnost, která je větší než aktuální nejlepší hodnota pro Avogadrovu konstantu (jedna část z 20 milionů).

Izotop Atomová hmotnost Hojnost
Standard Rozsah
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%

Výpočet je příkladem pro křemík , jehož relativní atomová hmotnost je zvláště důležitá v metrologii . Křemík existuje v přírodě jako směs tří izotopů: 28 Si, 29 Si a 30 Si. Atomové hmotnosti těchto nuklidů jsou známy s přesností jedné části na 14 miliard pro 28 Si a asi jedné části na jednu miliardu pro ostatní. Rozsah přirozeného výskytu izotopů je však takový, že standardní početnost lze udat pouze přibližně ± 0,001% (viz tabulka).

Výpočet je následující:

A r (Si) = (27,976 93 × 0,922297) + (28,976 49 × 0,046832) + (29,973 77 × 0,030872) = 28,0854

Odhad nejistoty je komplikovaný, zejména proto, že distribuce vzorku není nutně symetrická: standardní relativní atomové hmotnosti IUPAC jsou uváděny s odhadovanými symetrickými nejistotami a hodnota pro křemík je 28,0855 (3). Relativní standardní nejistota v této hodnotě je 1 × 10 –5 nebo 10 ppm.

Kromě této nejistoty měřením se u některých prvků liší zdroje. To znamená, že různé zdroje (oceánská voda, horniny) mají jinou radioaktivní historii a tak odlišné izotopové složení. Aby odrážel tuto přirozenou variabilitu, IUPAC se v roce 2010 rozhodl uvést standardní relativní atomové hmotnosti 10 prvků jako interval, nikoli jako pevné číslo.

Viz také

  • Possolo, Antonio; van der Veen, Adriaan MH; Meija, Juris; Brynn Hibbert, D. (2018-01-04). „Interpretace a šíření nejistoty standardních atomových hmotností (technická zpráva IUPAC)“ . Citováno 2019-02-08 .

Reference

externí odkazy