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第7章 原子量为什么会改变

打开化学教科书或参考书中的元素周期表,其注解中第一项就是原子量录自“某某表”“国际原子量表”(最近改称“标准原子量表”)。这就是说,不同年份的国际原子量或标准原子量是不同的。那么,原子量为什么会发生变化呢?

我们知道,原子是很小的粒子,最大的原子量也不到1021分之一克,这样小的重量不可能直接称量,即各元素原子平均质量与一个基准原子质量的比值。由于所测元素样品的来源不同(所含各种同位素百分比不同),采用的基准原子量不同,元素的原子量自然也会改变。

早期的化学家认为一种化学元素只有一种原子,同一元素的原子量不同是由于测定方法和准确度造成的。1910年,英国化学家索迪研究了元素衰变产物后认为,一种元素可能有两种或多种变种——同位素。现在已经发现,几乎所有的化学元素都有几种原子量不同的同位素。例如,第82号元素铅有四种同位素铅-204、铅-206、铅-207、铅-208,由于不同来源的铅中这四种同位素的百分比(即丰度)不同,所测得的平均原子量也不同,较重同位素百分比越大,其平均原子量也越大。1913—1914年,美国化学家理查兹测得美国钾钒铀矿的铅原子量为207.00,而挪威钇铀矿的铅原子量为206.08。

早期的化学家曾以用氢原子量为1和氧原子量为16等做为各元素子量的比较标准(即基准原子量)。1959年,国际纯粹和应用化学联合会根据德国质谱学家马塔赫的建议,采用碳-12为12.0000当做测定原子量的基准,1961年正式通过更换新基准。这样,原来以氧为16.0000的原子量基准确定的原子量数值就要改变,例如,氢原子量由1.0080变为100797,氮由14.008变为14.0067,氧由原来的16.0000变为15.9994。

1941年以后,国际纯粹和应用化学联合会所属的原子量委员会,负责收集测定原子量的工作,并加以检查,每两年在《纯粹与应用化学》上发表报告和原子量表。1979年,原子量委员会改称为原子量和同位素丰度委员会,继续负责这项工作。由于测定仪器和方法的不断改进和发展,原子量的数值也要随着变化,并且越来越精确了。例如,氖的原子量,1961年根据巴赫特等用气体密度测定的数值为20.183,1967年根据两次校正的同位素组成测定结果改为20.179±0.003,而1979年又确定为20.179±0.001。对于镍的原子量,早在1925年就由巴赫特等用化学方法测定为58.69,1955年根据威特和卡米隆对镍同位素丰度测定改为58.71,1969年改为58.71±3.03,1973年改为58.70±0.01,1979年再次研究了化学测定和质谱测定结果,仍采用1925年的数值58.69,只是后边增加了不确定值0.01。

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