原子量
三水锰矿 / 2021-10-03
“原子量”或“平均相对原子量”的概念是化学发展的基本概念。Dalton 起初提出，任一指定元素的所有原子具有相同的不变的重量，但是在本世纪初发现同位素以后，方知只有核素才具有这一性质。现在，一种无紫的同位素组成的可变性（不论是天然的还是人工诱发的），否定了定义大多数元素原子量的可能性。当今的趋势是将一种元素的一个原子的原子量定义为"这一元素每个原子的平均质量与一个12℃原子质量的1/12相比的数值"。元素的原子量（平均相对原子质量）是无量纲数，因此没有单位，强调这一点是重要的。
因为原子量在化学中至关重要，自Dalton提出第一张原子量表1863～1805年）之后，原子量不断在精确和改进。1808年Dalton在他的原子量表中已包括了20种元素，这些结果在随后的几十年中由 Borzelius 进行了大量的补充和修改。表1.4中列出了过去 100年中，在原子量的准确度和精密度方面发生的明显而连续改进的情况。 1874年所引用的原子量中没有一个准确度优子于1/200，而到1903年时所引用的数值中已有33种元素达到1/148，其中2种（银和碘）引用值达到1/10+。今天已知的大多数原了量数值达到1/104，其中28 种元素的精确度接近或超过1/10°。这-进展首先归功于改进了化学方法，特别是在1900年到 1985年间，越米越多地使用石英器皿利电炉熔融而减少了沾污的可能性。后来使用了质谱测量技术，使精确度进-一步提离。在1935年的原了出表中，首次使用质谱测量数据来确证原子量，到 1938年左有，质谱测定的数值已经优于化学法测定的氢和饿， 也优于气休密度法测定的氦。在1959年，有50种以上元素的原子量数值仍旧是基于经典的化学方法，但是到1973年左右，，这一数目已减少到9种（Ti，Ge，Se，Mo，Sn，Sb.Te，Hg和T）或10种（如果Zn 的库仑测定也算作是化学方法的话）。还有8种元素的原·子最数值是基于化学法与质谱测量数据的适当结合，但其余所有元素引用值完全是基于质谱测量的数据。
但是，精确的相对原子量测量并不能直接得到精确的原子量数值，还必须测定各种同位素的相对半度。从表王.4不难看出，这一点可能成为一种限制精确度的因素;镨（只有一种天然稳定同位素）的原子量数值要比其相邻元素铈（具有4种天然稳定同位素）精确100倍。
1.4某些选定元素的原子量数值演变情况
（a）最后一行的某些数值后丽附有g，m和r等注释，它们的含义可见正文。
（b）铼的原子量值首次于1029年列出。
对年代的注释:
1874年，美国化学学会建立〈列出64种元素）;
1908年，第一张国际原子量表（列出78种元素）
1925年，原子量表的重要评论（列出 83 种元素）;
1559年，基于氧一16的最后一张原子量表（列虫&3种心紫）;
1961年，对全部原子量数据重新评定并以PC）-12为基础修正（83种无素）;
1981年，IUPAO最新采用的数据（列出87+19种元案）。
1.5.1 原子量的不确定度
现在，IUPAC（国际纯粹化学和应用化学联合会）的原子量和同位素丰度委员会每两年审订一次元素原子量的数值。他们推荐的原子量可查文献13，其数据的可信度上仍有很大的变化。图1.8 概括了表列数据中的相对不确定度。可以看出，所有数值的可信度均优于1/1000， 大多数的可信度优于2/104。在这张图上硼的不确定度独占鳌头;这并不是因为实验误差（由于采用校准过的质谱计测·量，所得出的结果精确度很高），而是由于19B和1B 两种同位素的相对丰度的白然变化，使得所列举的值在10.81 左右至少有 ±0.003 的相对不确定度的数值范围。相反，象钛和饿这样的元素，在同位素丰度上不是没有已知的变化，而是没有可采用的校准过的质谱计数据，这些元素分别有5和7种稳定同位素，极难得到高的精确度，在未来的改进中它们是优先对象。
对于只有1种稳定同位素的元素来说，其原子量知道得最精确，这种同位素的相对原子质量至少能够测定到1ppm，在自然界没有可变性。这样的元素有20种∶Be，F，Na，Al，P，So，Mn，Co，As，Y，Nb， Rh，I，Cg²，Pr，Tb，Ho，Tm，Au 和Bi（注意∶除铍以外，所有元素的原子序数均为奇数-—为什么?）。
具有1种主要同位素的元素也可能进行很精确的原子量测定，因为同位素组成的变化或它们测定时的误差对原子量的质谱计测定值的影响相应较小。有9种元素（H，Ⅱe，Ne，O,Ar，V，La，Ta 和U具有1种同位素的丰度在99% 以上，碳也接近这一类（18C的丰度仅为1.11%）。
在正常的地球物料中，已知的同位索组成上的变化妨碍"9 种元素原子量的更精确化。在原子量表中，这些原子量值带有脚注r。对于这些元素（H，Li，B，C，O，S，Ar，Cu和Pb）中的每一种来说，在一给定样品所测定的原子量的可达精确度要比其推荐值高，后一值要适用于各种样品，必须包括所有商品化的大地资源中同位素组成的一切已知变化。例如，氢，校准的质谱计原子量测定现在可以达到的精确度大约是第六位有效数字上的士1，但由于地球上天然氚含量的变化，所以给出的推荐值是工.00794（士7）。与实验室药品（如 耳。O）相应的最佳值是1.00797。但应该注意，实验室中使用的氢气由电解法制得时，总会偶然地伴有氘的贫化，对于这类样品，原子量接近1.00790。相反，有意分馏以获得重水（每年几千吨）或得到的氘化试剂意味着氢的原子量趋近2.014对这样的加浓物料使用或处理时，必须十分小心避免"正常"样品的沾污。
对其它8种元素中的每一种和都可以讲出天然变化性的有趣博事。确实，测定同位索组成上的这和变化，是目前阐明各种石"体的地球化学历史的重要"K其。例如，发现从吉馏德克萨斯硫得到的硫原子量不同于硫酸盐矿物得到的硫原子量，对于地球上的洋品来说，发现其总的变化范围为±0.01，虽然对单个样品的原子量测定精确度达 主0.00015，但这种变化范用限制了只能用32.06。硼则象前面指出的那样受到这一不利因素的影响更大，实际的原子量能从10.807 到 10.819 变动，这取决于矿物是来源于土耳其还是美国。
在市场上购用的物料中，由于同位素组成上是随意的或未弄清的变化（在原子量表中带有脚注 m），在原子量方面可能发生的实质性偏差更叫人难办。现在属于这 种情况的有7种元素（H，Li，B，Ne，Kr，Xe和U，另一些元素<如Ho，C，N和O）可能也受到这一因素的影响。在核反应堆技术和核武器生产方面，现在广泛使用经过分离或部分富集的 Li，B和U〕的同位素，而有时却将得到的同位素中已经贫化的不要的残渣料倾销到市场上，并作为"正常"物料卖出。因此，偶然买进的锂盐中，Li 可能已经明显地贫化（天然叮i 的丰度为7.5%），大的供应商号出售的锂只含3.75% 的°Li，这样引起原子量的变化为0.53%。由于这一原因，现今美国可得到的所有锂化合物都是可疑的，根据这类化合物得到的定量数据也不太可靠、此外。从反应堆燃料发生的裂变产物中进行"挤奶"操作得到的稀有气体，并将这些物料销售，会产生具有反常同位素组成的样品。这种影响，特别是对物理化学计算的影响可能是严重的，虽然不希望提出这样的警告，但必须时刻记住。原子量表中带有脚注m 的元素都存在着这样的偏差的同能性。
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