相對原子質(zhì)量(Ar)是以一個碳-12原子質(zhì)量的1/12作為標準，任何一種原子的平均原子質(zhì)量跟一個碳-12原子質(zhì)量的1/12的比值，稱為該原子的相對原子質(zhì)量。相對原子質(zhì)量的起源

讓我們從道爾頓在18世紀末19世紀初建立的原子論說起。道爾頓根據(jù)他所建立的原子論導出了倍比定律(這時倍比定律與定比定律已經(jīng)形成)，并提出了相對原子質(zhì)量的概念。1803年，他規(guī)定了H的相對原子質(zhì)量為1(雖然他正式發(fā)布他的原子論是在1805年)。

那時人們已經(jīng)知道水中氫氧質(zhì)量比為1:8，道爾頓無從知道水中氫氧原子的比例，他就根據(jù)思維經(jīng)濟原則武斷地決定，水分子是由一個氫原子和一個氧原子構成的，所以氧的相對原子質(zhì)量是8，道爾頓是相對原子質(zhì)量測量的開山始祖。

H原子(準確的說是氕)是由1個質(zhì)子和1個電子構成的，不含有中子。而其他原子都是既有質(zhì)子也有中子的。中子的靜止質(zhì)量為1.6749547×10^-24g，質(zhì)子的靜止質(zhì)量為1.6726491×10^-24g，中子是比質(zhì)子重的0.138%的，這一部分就能讓那些有很多中子的原子離整數(shù)差得更遠(雖然有質(zhì)量虧損)。

氧標準的相對原子質(zhì)量

貝采里烏斯，他是diyi位把相對原子質(zhì)量測得比較精確的化學家。他用了近二十年的時間，在極其簡陋的實驗室里測定了大約兩千種化合物的化合量，并據(jù)此在1814～1826年的12年里連續(xù)發(fā)表了三張相對原子質(zhì)量表，所列元素多達49種。

貝采里烏斯還發(fā)現(xiàn)2體積氫氣與1體積氧氣生成2體積水蒸汽(忽略氫鍵影響)，所以他認為水中氫原子數(shù)量是氧原子數(shù)量的2倍。

貝采里烏斯覺得氧形成的化合物比氫形成的化合物要多得多，他采用以氧的相對原子質(zhì)量為100的標準，取代了道爾頓的相對原子質(zhì)量標準。他糾正了很多相對原子質(zhì)量的錯誤，比如O的相對原子質(zhì)量已經(jīng)是H的16倍了，H為6.64，它更符合實驗事實，所以就被廣大化學家采納了。

1860年，康尼查羅在德國卡爾斯魯厄國際化學家代表大會上論證了原子-分子學說。在根據(jù)蒸氣密度法測定分子量的基礎上，提出一個合理的測定相對原子質(zhì)量的方案：“因為一個分子中所含各種原子的數(shù)目必然都是整數(shù)，因此，在重量等于分子量值的某物質(zhì)中，某元素的重量一定是其相對原子質(zhì)量的整數(shù)倍。如果我們考查一系列含某一元素的化合物，其中必有一種或幾種化合物中只含有一個原子的這種元素，那么，在一系列該元素的重量值中，那個Z小值，即為該元素的大約相對原子質(zhì)量?！?p> 也許是人們實在受不了那么多小數(shù)，也是在1860年斯塔斯建議把氧的相對原子質(zhì)量定為了16，這樣就又有很多是接近整數(shù)的了，更重要的是，他將天平的靈敏度提高到0.03mg，將很多元素的相對原子質(zhì)量的測量值測到了小數(shù)點后4位。

氧的三種同位素中，O-16是Z多的，占99.76%，而O-17和O-18分別是0.04%和0.20%，所以氧的相對原子質(zhì)量為16，基本就反過來決定了O-16也差不多為16，因為那時候人們雖然不知道有同位素，但是從實驗的效果上來看，他們規(guī)定的是氧的各種同位素的相對原子質(zhì)量的加權平均數(shù)為16。

O-16核素有8個質(zhì)子、8個中子和16個電子構成，所以這時的單位1相當于是1個質(zhì)子和1個中子的平均質(zhì)量與1個電子的質(zhì)量的和(精確來說不同于它們的靜止質(zhì)量，因為有質(zhì)量虧損)，這樣對很多其他元素的相對原子質(zhì)量更接近整數(shù)有所幫助，因為很多輕元素的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都是相同的。O-16標準的相對原子質(zhì)量

接下來到了20世紀，湯姆森和盧瑟福相繼發(fā)現(xiàn)了電子、原子核，在1912年人們發(fā)現(xiàn)了同位素可能存在的證據(jù)并于1913年成功找到的同位素，此后又在1929年發(fā)現(xiàn)了氧是有同位素的!

試想一下，一直以來作為“標準秤砣”的氧原子居然有3種啊，這不是亂套了嗎?物理學家認為，沒有一種氧原子的相對原子質(zhì)量是16，因為16只是三種氧原子的加權平均數(shù)，這種“混合平均的氧原子”是不存在的，之前相對原子質(zhì)量的規(guī)定是荒謬的。

所以質(zhì)譜儀的fa明者阿斯通規(guī)定，以O-16原子的質(zhì)量的1/16定為相對原子質(zhì)量的單位，O-16的相對原子質(zhì)量為16.0000，元素的相對原子質(zhì)量規(guī)定為各同位素原子的加權平均數(shù)。這個定義與之前的定義主要有兩個差別，一是將“O”改為了“O-16”，二是把相對原子質(zhì)量16改為了16.0000(體現(xiàn)出大部分相對原子質(zhì)量不是整數(shù)為普遍現(xiàn)象)。

C-12標準的相對原子質(zhì)量

1959年，馬陶赫在國際純粹與應用物理學聯(lián)合會(IUPAP)于慕尼黑召開的大會上，建議以C-12原子的1/12作為相對原子質(zhì)量的單位，即他建議以Ar(C-12)=12.0000取代Ar(O-16)=16.0000。

1960年得到了IUPAP的通過，然后IUPAP以新標準與化學的舊相對原子質(zhì)量相比幾乎完全一樣，將這個新的相對原子質(zhì)量標準提交給IUPAC考慮。IUPAC經(jīng)過考慮后，初步?jīng)Q定接受(有臺階下了，呼呼)，并在1961年在蒙特利召開的大會上予以正式通過。

為什么馬陶赫建議將標準改為了Ar(C-12)=12.0000呢?原因有以下幾點。

1、測量相對原子質(zhì)量的精確方法已經(jīng)改為了質(zhì)譜法，質(zhì)譜儀中碳元素是次級基準，即用C-12做標準是很可靠的，因為碳元素可以形成很多有機物，可以形成很多很多較重的(即分子量較大的)分子離子，這樣可以測量的物種很多，對于減小相對誤差是有好處的，其他元素不具備這種優(yōu)越條件;

2、自然界中的C-12的豐度是很穩(wěn)定的，并且是大量的;

3、1950年開始物理學界已經(jīng)開始推廣以C-12為12.0000的標準了，并且在物理學界取得了一定支持;

4、物理學家可以接受這個新標準，因為它與O-16一樣，同樣是以一種核素作為標準的，是“嚴謹”的;

5、化學家可以接受這個新標準，因為與之前按O-16為標準時的相對誤為275ppm(百萬分之二百七十五，ppm表示百萬分之一)相比，新標準與舊的相對原子質(zhì)量的相對誤差為42ppm，與化學家傳統(tǒng)使用的相對原子質(zhì)量幾乎完全一樣，因為O的平均相對原子質(zhì)量的1/16恰好與C-12的1/12極其接近，也因此現(xiàn)在的相對原子質(zhì)量Z接近整數(shù)的元素不是H=1.008，也不是C=12.011，而是O=15.999。相對原子質(zhì)量的計算

當我們計算一個水分子的質(zhì)量是多少時，就會發(fā)現(xiàn)計算起來極不方便(一個水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的)。若是計算其它更復雜的分子質(zhì)量時那就更麻煩了。因此國際上規(guī)定采用相對原子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量來表示原子、分子的質(zhì)量關系。

國際規(guī)定把一個碳-12原子的質(zhì)量分為12等份。那每一份的質(zhì)量就是：一個原子的質(zhì)量/(1/12×一個碳-12原子的質(zhì)量)=一個原子的質(zhì)量/1.667e-27kg。計算方法(1.993e-26)/12=1.667e-27千克。

然后再把其它某種原子的實際質(zhì)量與這個數(shù)相比后所得的結果，這個結果的數(shù)值就叫做這種原子的相對原子質(zhì)量。如氧原子的相對原子質(zhì)量求法為：(2.657e-26)/(1.667e-27)=16，即氧原子的相對原子質(zhì)量約為16，我們在計算時就采用16。這樣就要簡便得多。

注：碳原子有好幾種，其中有一種碳原子它的原子核中含6個質(zhì)子和6個中子，加起來是12，所以把它稱為碳-12。當然還有其它如碳-14等，它含有8個中子和6個質(zhì)子加起為14。國際上之所以要選用碳-12而不用碳-14是因為當選用碳-12原子作標準時，其它原子的相對原子質(zhì)量都接近整數(shù)，便于記憶與使用。相對原子質(zhì)量計算公式

相對原子質(zhì)量=某種原子的質(zhì)量/一種碳原子質(zhì)量的(1/12)

相對原子質(zhì)量=(原子核質(zhì)量+核外電子質(zhì)量)/[(1/12)mC]

相對原子質(zhì)量≈原子核質(zhì)量/[(1/12)mC]

相對原子質(zhì)量≈(質(zhì)子的質(zhì)量+中子的質(zhì)量)/[(1/12)mC]

相對原子質(zhì)量≈[質(zhì)子數(shù)×一個質(zhì)子的質(zhì)量+中子數(shù)×一個中子的質(zhì)量]/[(1/12)mC]

相對原子質(zhì)量≈[質(zhì)子數(shù)×(1/12)mC+中子數(shù)×(1/12)mC]/[(1/12)mC]

相對原子質(zhì)量≈質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)相對原子質(zhì)量表

  2018-07-20 11904