Что такое относительная атомная масса определение. Относительная атомная масса элемента в химии и история её определения

В процессе развития науки химия столкнулась с проблемой подсчёта количества вещества для проведения реакций и полученных в их ходе веществ.

На сегодня для подобных расчётов химической реакции между веществами и смесями используют значение относительной атомной массы, внесённой в периодическую таблицу химических элементов Д. И. Менделеева.

Химические процессы и влияние доли элемента в веществах на ход реакции

Современная наука под определением «относительная атомная масса химического элемента» подразумевает, во сколько раз масса атома данного химического элемента больше одной двенадцатой части атома углерода.

С зарождением эры химии потребность в точных определениях хода химической реакции и её результатов росла.

Поэтому химики постоянно пытались решить вопрос о точных массах взаимодействующих элементов в веществе. Одним из лучших решений на то время была привязка к самому лёгкому элементу. И вес его атома был взят за единицу.

Исторический ход подсчёта вещества

Изначально использовался водород, затем кислород. Но этот способ расчёта оказался неточным. Причиной тому послужило наличие в кислороде изотопов с массой 17 и 18.

Поэтому, имея смесь изотопов, технически получали число, отличное от шестнадцати. На сегодня относительная атомная масса элемента рассчитывается исходя из принятого за основу веса атома углерода, в соотношении 1/12.

Дальтон заложил основы относительной атомной массы элемента

Лишь спустя некоторое время, в 19-м веке, Дальтон предложил вести расчёт по самому лёгкому химическому элементу - водороду. На лекциях своим студентам он демонстрировал на вырезанных из дерева фигурках, как соединяются атомы. По другим элементам он использовал данные, ранее полученные другими учёными.

По экспериментам Лавуазье в воде содержится пятнадцать процентов водорода и восемьдесят пять процентов кислорода. Имея эти данные, Дальтон рассчитал, что относительная атомная масса элемента, входящего в состав воды, в данном случае кислорода, составляет 5,67. Ошибочность его расчётов связана с тем, что он считал неверно относительно количества атомов водорода в молекуле воды.

По его мнению, на один атом кислорода приходился один атом водорода. Воспользовавшись данными химика Остина о том, что в составе аммиака 20 процентов водорода и 80 процентов азота, он рассчитал, чему равна относительная атомная масса азота. Имея этот результат, он пришёл к интересному выводу. Получалось, что относительная атомная масса (формула аммиака ошибочно была принята с одной молекулой водорода и азота) составляет четыре. В своих расчетах ученый опирался на периодическую систему Менделеева. По анализу он рассчитал, что относительная атомная масса углерода - 4,4, вместо принятых до этого двенадцати.

Несмотря на свои серьёзные промашки, именно Дальтон первым создал таблицу некоторых элементов. Она претерпела неоднократные изменения ещё при жизни учёного.

Изотопная составляющая вещества влияет на значение точности относительного атомного веса

При рассмотрении атомных масс элементов можно заметить, что точность по каждому элементу разная. К примеру, по литию она четырёхзначная, а по фтору - восьмизначная.

Проблема в том, что изотопная составляющая каждого элемента своя и непостоянна. Например, в обычной воде содержится три типа изотопа водорода. В их число, кроме обычного водорода, входит дейтерий и тритий.

Относительная атомная масса изотопов водорода составляет соответственно два и три. «Тяжёлая» вода (образованная дейтерием и тритием) испаряется хуже. Поэтому в парообразном состоянии изотопов воды меньше, чем в жидком состоянии.

Избирательность живых организмов к различным изотопам

Живые организмы обладают селективным свойством по отношению к углероду. На построение органических молекул используют углерод с относительной атомной массой, равной двенадцати. Поэтому вещества органического происхождения, а также ряд полезных ископаемых, таких как уголь и нефть, содержат меньше изотопной составляющей, чем неорганические материалы.
Микроорганизмы, перерабатывающие и накапливающие серу, оставляют после себя изотоп серы 32. В зонах, где бактерии не перерабатывают, доля изотопа серы - 34, то есть гораздо выше. Именно на основании соотношения серы в породах почвы геологи приходят к выводу о природе происхождения слоя - магматическую природу он имеет или же осадочную.

Из всех химических элементов только один не имеет изотопов - фтор. Поэтому его относительная атомная масса более точная, чем других элементов.

Существование в природе нестабильных веществ

У некоторых элементов относительная масса указана в квадратных скобках. Как видно, это элементы, расположенные после урана. Дело в том, что они не имеют устойчивых изотопов и распадаются с выделением радиоактивного излучения. Поэтому в скобках указан наиболее устойчивый изотоп.

Со временем выяснилось, что у некоторых из них возможно получить в искусственных условиях устойчивый изотоп. Пришлось менять в периодической таблице Менделеева атомные массы некоторых трансурановых элементов.

В процессе синтеза новых изотопов и измерения их продолжительности жизни порой удавалось обнаружить нуклиды с продолжительностью полураспада в миллионы раз дольше.

Наука не стоит на месте, постоянно открываются новые элементы, законы, взаимосвязи различных процессов в химии и природе. Поэтому, в каком виде окажется химия и периодическая система химических элементов Менделеева в будущем, лет через сто, - является туманным и неопределённым. Но хочется верить, что накопленные за прошедшие века труды химиков послужат новому, более совершенному знанию наших потомков.

Общие сведения [ | ]

Одним из фундаментальных свойств атома является его масса . Абсолютная масса атома - величина, чрезвычайно малая. Так, атом водорода имеет массу около 1,67⋅10 −24 г . Поэтому в химии (для практических целей) преимущественно и значительно удобнее пользоваться относительной [условной] величиной, которую называют относительной атомной массой или просто атомной массой и которая показывает, во сколько раз масса атома данного элемента больше массы атома другого элемента, принятой за единицу измерения массы.

В качестве единицы измерения атомных и молекулярных масс принята 1 ⁄ 12 часть массы нейтрального атома наиболее распространённого изотопа углерода 12 C . Эта внесистемная единица измерения массы получила название атомная единица массы (а. е. м. ) или дальтон (Да).

Разность между атомной массой изотопа и его массовым числом называется избытком массы (обычно его выражают в МэВ). Он может быть как положительным, так и отрицательным; причина его возникновения - нелинейная зависимость энергии связи ядер от числа протонов и нейтронов, а также различие в массах протона и нейтрона.

Зависимость атомной массы изотопа от массового числа такова: избыток массы положителен у водорода-1 , с ростом массового числа он уменьшается и становится отрицательным, пока не достигается минимум у, потом начинает расти и возрастает до положительных значений у тяжёлых нуклидов . Это соответствует тому, что деление ядер, более тяжёлых, чем железо, высвобождает энергию, тогда как деление лёгких ядер требует энергии. Напротив, слияние ядер легче железа высвобождает энергию, слияние же элементов тяжелее железа требует дополнительной энергии.

Молекулярная (молярная) масса [ | ]

История [ | ]

При вычислениях атомных масс изначально (с начала XIX века, по предложению Дж. Дальтона ; см. Атомистическая теория Дальтона) за единицу массы [относительную] принимали массу атома водорода как самого лёгкого элемента и по отношению к нему вычисляли массы атомов др. элементов. Но так как атомные массы большинства элементов определяются, исходя из состава их кислородных соединений , то фактически (де-факто) вычисления производились по отношению к атомной массе кислорода, которая принималась равной 16; отношение между атомными массами кислорода и водорода считали равным 16: 1. Впоследствии более точные измерения показали, что это отношение равно 15,874: 1 или, что то же самое, 16: 1,0079 , - в зависимости от того, к какому атому - кислорода или водорода - относить целочисленное значение. Изменение атомной массы кислорода повлекло бы за собой изменение атомных масс большинства элементов. Поэтому было решено оставить для кислорода атомную массу 16, приняв атомную массу водорода равной 1,0079.

Таким образом, за единицу атомной массы принималась 1 ⁄ 16 часть массы атома кислорода, получившая название кислородной единицы . В дальнейшем было установлено, что природный кислород представляет собой смесь изотопов , так что кислородная единица массы характеризует среднее значение массы атомов природных изотопов кислорода (кислорода-16, и кислорода-18), которое оказалось непостоянным из-за природных вариаций изотопного состава кислорода. Для атомной физики такая единица оказалась неприемлемой, и в этой отрасли науки за единицу атомной массы была принята 1 ⁄ 16 часть массы атома кислорода 16 O. В результате оформились две шкалы атомных масс - химическая и физическая. Наличие двух шкал атомных масс создавало большие неудобства. Величины многих констант, рассчитанных по физической и химической шкалам, оказывались различными . Это неприемлемое положение привело к введению углеродной шкалы атомных масс вместо кислородной.

Единая шкала относительных атомных масс и новая единица атомной массы принята Международным съездом физиков (1960) и унифицирована Международным съездом химиков (1961; спустя 100 лет после 1-го Международного съезда химиков), вместо предыдущих двух кислородных единиц атомной массы - физической и химической. Кислородная химическая единица равна 0,999957 новой углеродной единицы атомной массы. В современной шкале относительные атомные массы кислорода и водорода равны соответственно 15,9994: 1,0079… Поскольку новая единица атомной массы привязана к конкретному изотопу, а не к среднему значению атомной массы химического элемента, природные изотопные вариации не сказываются на воспроизводимости этой единицы.

Примечания [ | ]

Литература [ | ]

Ссылки [ | ]

Химия относится к естественным наукам. Она изучает состав, строение, свойства и превращения веществ, а также явления, сопровождающие эти превращения.

Вещество является одной из основных форм существования материи. Вещество как форма материи состоит из отдельных частиц различной степени сложности и обладает собственной массой, так н а з ы в а е м о й

массой покоя.

1. Простые и сложные вещества. Аллотропия.

Все вещества можно разделить на простые и сложные .

Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента, сложные - из атомов нескольких химических элементов.

Химический элемент - это определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Следовательно, атом - это мельчайшая частица химического элемента.

Понятие простое вещество нельзя отождествлять с понятием

химический элемент . Химический элемент характеризуется определенным положительным зарядом ядра атома, изотопным составом, химическими свойствами. Свойства элементов относятся к его отдельным атомам. Простое вещество характеризуется определенной плотностью, растворимостью, температурами плавления и кипения и т.п. Эти свойства относятся к совокупности атомов и для разных простых веществ они различны.

Простое вещество - это форма существования химического элемента в свободном состоянии. Многие химические элементы образуют несколько простых веществ, различных по строению и свойствам. Это явление называется аллотропией , а образующие вещества - аллотропными видоизменениями . Так, элемент кислород образует две аллотропные модификации - кислород и озон, элемент углерод - алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Явление аллотропии вызывается двумя причинами: различным числом атомов в молекуле (например, кислород О 2 и азон О 3 ) либо образованием различных кристаллических форм (например, углерод образует следующие аллотропные модификации: алмаз, графит, карбин, фуллерен), карбин был открыт в 1968г (А.Сладков, Россия), а фуллерен в 1973 г теоретически (Д.Бочвар, Россия), а в 1985г - экспериментально (Г.Крото и Р.Смолли, США).

Сложные вещества состоят не из простых веществ, а из химических элементов. Так водород и кислород, входящие в состав воды, содержатся в воде не в виде газообразных водорода и кислорода с их характерными свойствами, а в виде элементов - водорода и кислорода.

Мельчайшей частицей веществ, имеющих молекулярную структуру, является молекула, которая сохраняет химические свойства данного вещества. Согласно современным представлениям из молекул состоят в основном вещества, находящиеся в жидком и газообразном состоянии. Большинство же твердых веществ (в основном неорганических) состоит не из молекул, а из других частиц (ионов, атомов). Не имеют молекулярной структуры соли, оксиды металлов, алмаз, металлы и пр.

1. Относительная атомная масса

Современные методы исследования позволяют определить чрезвычайно малые массы атомов с большей точностью. Так, например, масса атома водорода составляет 1,674  10 -27 кг, углерода – 1,993  10 -26 кг.

В химии традиционно используются не абсолютные значения атомных масс, а относительные. В 1961г за единицу атомной массы принята атомная единица массы (сокращенно а.е.м.), которая представляет собой 1/12 часть массы атома изотопа углерода 12 С .

Большинство химических элементов имеют атомы с различной массой (изотопы). Поэтому относительной атомной массой (или просто атомной массой) А r химического элемента называется величина, равная отношению средней массы атома элемента к 1/12 массы атома углерода 12 С.

Атомные массы элементов обозначают А r , где индекс r – начальная буква английского слова relative – относительный. Записи A r (H), A r (O), A r (C) означают: относительная атомная масса водорода, относительная атомная масса кислорода, относительная атомная масса углерода.

Относительная атомная масса – одна из основных характеристик химического элемента.

Каждый атом обладает определенной массой, значение которой чрезвычайно мало (от 1·10 -24 до 1·10 -22 г.). Пользоваться такими значениями в химических расчетах очень неудобно, поэтому на практике вместо абсолютных масс атомов используются относительные атомные массы (называть эту величину просто, атомная масса — не верно) и обозначаются символом Ar. Относительные атомные массы являются некоторым соотношением между абсолютными массами различных атомов.

Относительная атомная масса элемента — это число, показывающее, во сколько раз масса одного атома данного элемента больше 1/12 части массы атома изотопа углерода-12 (12 С).

Например, округленные значения относительной атомной массы кислорода и фтора составляют 16,00 и 19,00. Отсюда следует, что значения абсолютной атомной массы для одного атома кислорода больше в 16 раз, а значение той же величины для одного атома фтора больше в 19 раз, чем значение 1/12 части абсолютной атомной массы атома 12 С, а массы атомов O и F относятся между собой как 16: 19.

Относительные атомные массы элементов указаны в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. В электронной таблице представленной ниже, вы можете получить данные об относительной атомной массе всех элементов Периодической системы.

Для большинства элементов в Периодической системе указаны среднеарифметические значения относительных атомных масс для природной смеси изотопов этих элементов (изотопно-смешанные элементы). Углерод также встречается в природе в виде двух изотопов 12 С (98,90%) и 13 С (1,10%); этой природной смеси отвечает значение относительной атомной массы 12,0000·0,9890 + 13,0034·0,0110 = 12,011 а.е.м. Природный фтор состоит только из одного изотопа — изотопно чистый элемент, его относительная атомная масса определена достаточно точно 18.9984032 а.е.м.

Ранее за точку отсчета относительных атомных масс принимался кислород (масса 1/16 части атома кислорода называлась кислородной единицей), причем в физике использовался чистый изотоп 16 O (относительная атомная масса 16,0000 а.е.м.), а в химии — природная смесь изотопов с тем же значением относительной атомной массы. Таким образом, в старой физической литературе относительные массы элементов соответствовали физической шкале с кислородной единицей, масса которой равна 1,65976·10 -24 г, а в старой химической литературе — химической шкале с кислородной единицей, масса которой 1,66022·10 -24 г. С целью унификации в 1959-1961 г. Международные союзы теоретической и прикладной физики и теориетической и прикладной химии утвердили новую шкалу, основанную на относительной атомной массе 12С для которого значение относительной атомной массы установлено равным 12,0000 (точно). По современной шкале атомной единицей массы (а.е.м.) является унифицированная углеродная единица, равная 1,660538782(83)·10 -27 кг (по данным 2006 г). Значения относительных атомных масс элементов определяют как частное от деления значения абсолютной атомной массы атома данного элемента к 1/12 части абсолютной массы атома изотопа 12 С.

Пример. Масса атома фтора 3,15481·10 -23 г, следовательно, относительная атомная масса фтора Ar(F) = 3,15481·10 -23 г / 1,660538782(83)·10 -24 г = 18,9984 а.е.м.

Атомная единица массы — фундаментальная физико-химическая постоянная, значение которой будет уточняться по мере развития техники измерения. Официально рекомендованными являются англоязычные термины atomic mass unit (a.m.u.) или unified atomic mass unit (u.a.m.u.).

Международный союз теоретической и прикладной химии — ИЮПАК (International Union of Pure and Applied Chemistry) — IUPAC, каждые два года публикует сводку уточненных значений Ar для всех химических элементов. В последние десятиления появились две тенденции: для изотопно-чистых элементов значения Ar определяются все более точно за счет повышения чувствительности измерительных приборов, а для изотопно-смешанных элементов точность определения Ar снижается из-за различия изотопного состава в пробах разного происхождения. Комиссия ИЮПАК по химическому образованию рекомендует использовать для учебных целей значения Ar, содержащие не менее четырех значащих цифр.

Значения относительной атомной массы известны и для каждого изотопа любого элемента (т.е. для каждого нуклида). Значения Ar для изотопа водорода 1 H (протий) и 2 H (дейтерий) равны 1,0078 и 2,0141, для изотопов 16 O, 17 O и 18 O — соответственно 15,9949; 16,9991 и 17,9992; для изотопа 27 Al = 26,9815. Целое число, которое указано в левом верхнем индексе у символа элемента (12 С), есть фактически округленное значение его относительной атомной массы. Оно называется массовым числом изотопа и равно сумме нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре атома этого изотопа.

Из вышесказанного следует, что масса (точнее масса покоя) одного нуклона в атомных единицах массы равна примерно единице; точные значения: mp = 1.007276 а.е.м. для протона, и mn = 1.008665 а.е.м. для нейтрона. Отсюда ясен выбор шкалы для относительных масс элементов; простейший атом водорода (один протон в ядре) должен иметь единичное значение Ar, приблизительно равное массе протона (точное значение 1,00794 а.е.м.).
Коэффициентом пропорциональности между единицей массы — граммом и единицей относительной атомной массы является число Авогадро равно N A = 6.02214082(11)·10 23 моль -1 .

Атом — это материальная частица, поэтому она имеет массу.
А что же такое относительная атомная масса?

Больше уроков на сайте

— Состав простых и сложных веществ можно выразить химической формулой.

Химическая формула простого вещества записывается в виде знака — символа элемента. Например, медь — простое вещество — обозначается Сu; сера — S и т.д. У некоторых простых веществ молекула состоит из двух атомов. Например, из двухатомных молекул состоят некоторые неметаллы в газообразном состоянии: водород Н2 (читается «аш-два»), кислород О2 («о-два»), хлор Сl2 («хлор-два»). Из этих формул видно, что число, записанное справа внизу у символа элемента, означает число атомов в молекуле. Его называют индексом .

Сложные вещества состоят из атомов разных элементов. Например, вода Н2О («аш-два-о»), углекислый газ СО2 («це-о-два»), поваренная соль NaCl («натрий-хлор»)

Относительная атомная масса (Аr) элемента есть отношение массы атома данного элемента к 1/12 массы атома углерода; это безразмерная величина.

Например: Аr(Н2) = 1 · 2 = 2

Аr(Сl2) = 35,5 · 2 = 71

Относительная молекулярная масса (Мr) вещества представляет собой сумму относительных атомных масс элементов, образующих данное вещество.

Каждый атом любого химического элемента имеет свою массу, также как и любое физическое тело, окружающее нас, в том числе и мы с Вами. Но в отличии от нас, масса атомов очень мала. Поэтому учеными была принята за эталон масса 1/12 массы атома углерода 6 12 С (как самая легкая) и масса остальных атомов сравнивалась с массой этого эталона, отсюда и название «Относительная атомная масса» от англ. « relative » относителен. Данная величина не имеет единиц измерения и обозначается Ar . Численное значение относительной атомной массы любого элемента прописано в периодической таблице Д.И. Менделеева.

Если вещество образовано несколькими элементами (одинаковыми или разными), то речь уже идет о молекулах и «Молекулярной относительной массе». Она складывается из атомных масс всех химических элементов образующих молекулу, умноженные на количество этих атомов. Так же не имеет единиц измерения и обозначается Mr . Например:

Mr (O 2) =Ar (O) ·2 = 16 · 2 = 32;

Mr (H 2 O) = Ar (H) · 2 + Ar (O) = 1· 2 +16 = 18;

Mr (H 2 SO 4) = Ar (H) · 2 + Ar (S) + Ar (O) · 4 = 1· 2 + 32 + 16 · 4 = 98;

Учитель неоднократно напоминает ученикам, что значение Ar находим в периодической системе Д.И. Менделеева под знаком химического элемента. Значение атомных масс разных химических элементов складываются между собой. Если одинаковых атомов в молекуле несколько, от их численное значение атомных масс умножается на количество этих атомов. (закрепление новой темы будет происходить при выполнении самостоятельной работы в исследовательской части урока)

2. Исследовательская часть (самостоятельная работа учеников под руководством учителя), при возникновении затруднений у учеников учитель должен быть очень осторожен и не в коем случае, не давать ученикам прямой правильный ответ, то есть «готовые см » они должны добыть их сами. Лучше «подталкивать» ученика к правильному решению наводящими вопросами, стимулирующими мыслительную деятельность, необходимость связывать уже имеющиеся знание из других областей с новым материалом. Это необходимо для того, чтобы не нарушить процесс исследования учеников и добиться наилучшего результата при изучении нового материала, поскольку знания, добытые самостоятельно удерживаются в долговременной памяти, нежели готовая информация.