Большая советсткая энциклопедия Атомная масса

Атомная масса

Атомная масса, атомный вес, значение массы атома, выраженное в атомных единицах массы. Применение особой единицы для измерения А. м. связано с тем, что массы атомов чрезвычайно малы (10^-22—10^-24 г) и выражать их в граммах неудобно. За единицу А. м. принята ¹/₁₂ часть массы изотопа атома углерода ¹²C. Масса углеродной единицы (сокращённо у. е.) равна (1,660 43 ± 0,00031)·10^-24 г. Обычно при указании А. м. обозначение "у. е." опускают.

Понятие "А. м." ввёл Дж. Дальтон (1803). Он же впервые определил А. м. Обширные работы по установлению А. м. были выполнены в 1-й половине 19 в. Я. Берцелиусом, позднее Ж. С. Стасом и Т. У. Ричардсом. В 1869 Д. И. Менделеев открыл закон периодической зависимости свойств элементов от А. м. и на его основе исправил А. м. многих известных в то время элементов (Be, U, La и др.) и, кроме того, предсказал А. м. ещё не открытых тогда Ga, Ge, Sc. После открытия Ф. Содди (1914) явления изотопии (см. Изотопы) понятие "А. м." стали относить и к элементам, состоящим из смеси изотопов, и к отдельным изотопам. Для элементов, которые представлены в природе одним изотопом (например, F, Al), А. м. элемента совпадает с А. м. этого изотопа. Если элемент — смесь изотопов, то его А. м. вычисляют как среднее значение из А. м. отдельных его изотопов, с учётом относительного содержания каждого из них. Так, природный хлор состоит из изотопов ³⁵Cl (75,53%) и ³⁷Cl (24,47%), массы атомов которых соответственно равны 34,964 и 36,961. А. м. элемента Cl равна: (34,964·75,53+36,961·24,47)/100 = 35,453

Колебания природного изотопного состава у большинства элементов пренебрежимо малы (менее 0,003%); поэтому каждый элемент имеет практически постоянную А. м., являющуюся одной из важнейших характеристик элемента. Близость к целым числам А. м. элементов, представленных в природе одним изотопом, объясняется тем, что почти вся масса атома заключена в его ядре, а массы составляющих ядро протонов и нейтронов близки к 1. В то же время значения А. м. изотопов (кроме ¹²C, масса которого принята равной 12,00000) никогда точно не равны целым числам. Это объясняется, во-первых, тем, что относительные массы нейтрона и протона немного больше 1 (соответственно 1,008 665 4 и 1,007 276 63), во-вторых, дефектом массы и, в-третьих, небольшим вкладом в общую массу атома массы электронов.

По предложению Дж. Дальтона (1803) единицей А. м. сначала служила масса атома водорода (водородная шкала). В 1818 Берцелиус опубликовал таблицу А. м., отнесённых к А. м. кислорода, принятой равной 103. Система А. м. Берцелиуса господствовала до 1860-х гг., когда химики опять приняли водородную шкалу. Но в 1906 они перешли на кислородную шкалу, по которой за единицу А. м. принимали ¹/₁₆ часть А. м. кислорода. После открытия изотопов кислорода (¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O) А. м. стали указывать по двум шкалам: химической, в основе которой лежала ¹/₁₆ часть средней массы атома природного кислорода, и физической с единицей массы, равной ¹/₁₆ массы атома ¹⁶O. Использование двух шкал имело ряд недостатков, вследствие чего в 1961 перешли к единой, углеродной шкале.

Для нахождения А. м. пользуются различными методами. Часть их основана на экспериментальном определении молекулярной массы какого-либо соединения данного элемента. В этом случае А. м. равна доле молекулярной массы, приходящейся на этот элемент, деленной на число его атомов в молекуле. Точные значения А. м. можно найти, определяя химическим анализом эквивалент химический элемента (А. м. равна произведению эквивалента на валентность). С наибольшей точностью (до 0,001% и выше) А. м. можно определить методом масс-спектроскопии; масс-спектр элемента даёт сведения о количественном изотопном составе и о массах атомов отдельных изотопов, на основании чего легко рассчитать А. м. (см. выше пример с ³⁵Cl и ³⁷Cl). А. м. вновь синтезируемых элементов оценивают на основе рассмотрения ядерной реакции их образования.

Современные значения А. м. приведены в статьях о химических элементах и в статье Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.

Лит.: Менделеев Д. И., Основы химии, 13 изд., т. 1—2, М.— Л., 1947; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965; Полинг Л., Общая химия, пер. с англ., М., 1964; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963; Джуа М., История химии, пер. с итал., М., 1966.

С. С. Бердоносов.