상대 원자 질량

Relative atomic mass
원자 질량과 혼동해서는안 된다.
참고 항목: 표준 원자량

상대 원자 질량(기호: Ar) 또는 원자 중량은 주어진 표본에서 화학 원소의 평균 질량 대 원자 질량 상수의 비율로 정의되는 차원 없는 물리적 질량이다. 원자 질량 상수(기호u: m)는 다음과 같이 정의된다. 탄소-12 원자 질량의 1/12.[1][2] 비율의 두 수량이 모두 질량이기 때문에 결과 값은 치수가 없으므로 상대적인 값이라고 한다.

주어진 단일 표본의 경우, 주어진 원소의 상대적 원자 질량은 표본에 존재하는 개별 원자의 질량(동위원소 포함)에 대한 가중 산술 평균이다. 이 양은 표본의 기원(따라서 방사성 이력 또는 확산 이력)이 동위원소 함수의 고유한 조합을 생성했을 수 있기 때문에 표본 간에 상당히 달라질 수 있다. 예를 들어, 안정적인 탄소-12와 탄소-13 동위원소의 다른 혼합으로 인해, 화산 메탄에서 나오는 원소 탄소의 표본은 식물이나 동물 조직에서 수집된 것과 다른 상대적 원자 질량을 가질 것이다.

표준 원자량(Ar, standard)으로 알려진 더 일반적이고 더 구체적인 양은 여러 개의 다른 표본에서 얻은 상대적 원자 질량 값의 적용이다. 그것은 때때로 지구로부터 다양한 선원을 채취하면서, 지구상의 모든 선원에서 주어진 원소의 원자에 대한 상대적 원자 질량 값의 예상 범위로 해석된다.[3] "원자중량"은 표준 원자중량의 동의어로 느슨하고 부정확하게 사용되는 경우가 많다(틀림없이 표준 원자중량이 단일 표본에서 나온 것이 아니기 때문이다). 표준 원자량은 그럼에도 불구하고 상대적 원자 질량의 가장 널리 공표된 변종이다.

덧붙여 「상대적 원자 질량」과는 반대로 「원자 무게」(어떤 원소에 대해서도)라는 용어를 계속 사용하고 있는 것은, 물리학에서 주로 무게와 질량의 기술적 차이 때문에 적어도 1960년대부터 상당한 논란을 불러 일으켰다.[4] 그러나 두 조항은 IUPAC에 의해 공식적으로 승인된다. 「표준 원자량」(좀 더 정확한 「표준 상대 원자량」과는 반대로)이라는 용어가 계속 사용되고 있지만, 지금은 「상대 원자량」이라는 용어가 선호되는 용어로써 「원자 중량」을 대체하고 있는 것 같다.

정의

상대적 원자 질량은 평균 원자 질량 또는 특정 표본에서 발견된 특정 화학 원소의 모든 원자 질량의 가중 평균에 의해 결정되며, 이 평균은 탄소-12의 원자 질량과 비교된다.[5] 이 비교는 두 가중치의 몫으로, 이 값을 치수(단위가 없음)가 없게 만든다. 이 인수는 또한 상대적이라는 단어를 설명한다: 표본 질량 값은 탄소-12에 상대적인 것으로 간주된다.

상대적 동위원소 질량과 혼동해서는 안 되지만 원자 무게와 동의어다. 상대적 원자 질량은 표준 원자 중량의 동의어로도 자주 사용되며, 사용된 상대적 원자 질량이 정의된 조건 하에서 지구로부터 온 원소의 경우 이러한 질량은 중복된 값을 가질 수 있다. 그러나 상대적 원자질량(원자질량)은 단일 표본에서 얻은 원자에만 적용되기 때문에 여전히 표준 원자량과 기술적으로 구별된다. 표준 원자질량은 여러 표본을 평균하지만 지상 출처에서만 얻어진 원자에만 적용되기 때문이다. 그러므로 상대적 원자 질량은 지구 평균과 상당히 다르거나 다른 정도의 확실성(예: 유의미한 수치)을 반영할 수 있는 비 지구 환경 또는 매우 특정한 지상 환경으로부터 채취한 표본을 보다 광범위하게 지칭할 수 있는 보다 일반적인 용어다. 역기

현재 정의

("골드 북"에서 인용한) 일반적인 IUPAC 정의는 다음과 같다.

원자 중량 — 참조: 상대 원자 질량[6]

그리고

상대적 원자 질량(원자 중량) — 통일된 원자 질량 단위 대비 원자의 평균 질량의 비율.[7]

여기서 "통합 원자 질량 단위"는 다음을 가리킨다. C 원자 질량의 1⁄[8]12

상대적 원자 질량의 IUPAC 정의는[1] 다음과 같다.

특정 선원에서 원소의 원자 중량(상대 원자 질량)은 원소의 원자당 평균 질량의 비율이다.

이 정의는 소스에 따라 원소가 서로 다른 상대적 원자 질량을 가질 것이기 때문에 의도적으로 "원자 무게…"를 명시한다. 예를 들어, 터키의 붕소는 동위원소 구성이 다르기 때문에 캘리포니아의 붕소보다 상대 원자 질량이 낮다.[9][10] 그럼에도 불구하고, 동위원소 분석의 비용과 난이도를 고려할 때, 대신 화학 실험실에 어디에나 있으며 IUPAC의 동위원소 및 원자 무게 위원회(CIAAW)에 의해 격년에 한 번씩 개정되는 표준 원자 무게의 표 값을 대체하는 것이 일반적이다.[11]

역사적 용법

구형(1961년 이전) 원자 질량 단위(심볼: a.m.u. 또는 amu)에 기초한 역사적 상대적 척도에서는 산소-16 상대 동위원소 질량 또는 산소 상대적 원자 질량(즉, 원자 중량)을 기준으로 사용했다. 이러한 문제를 해결하려면 현대 통일 원자 질량 단위의 역사에 대한 기사를 참조하십시오.

표준 원자량

주요 기사: 표준 원자량

IUPAC 위원회 CIAAW는 지구상의 상대적 원자 질량(또는 원자 중량)에 대한 기대-간격 값을 유지한다. 표준 원자량은 방사능과 관련하여 선원이 지상, 자연 및 안정적일 것을 요구한다. 또한 연구과정에 대한 요구사항도 있다. CIAAW는 84개의 안정 원소에 대해 이 표준 원자량을 결정했다. 이러한 가치들은 널리 공표되고 있으며 제약이나 상업 무역과 같은 실생활 물질에 대한 원소의 '원자'중량이라고 느슨하게 언급된다.

또한 CIAAW는 요약(원형)된 값과 단순화된 값(지구 공급원이 체계적으로 변화하는 경우에 대한)을 발표했다.

원자 질량의 다른 측정값

원자 질량(ma)은 단위의 다 또는 u(달튼)를 가진 단일 원자의 질량이다. 그것은 상대적 원자 질량의 결정을 위한 입력 값인 특정 동위원소의 질량을 정의한다. 세 개의 실리콘 동위원소에 대한 예가 아래에 제시되어 있다.

상대적 동위원소 질량은 특히 단일 원자의 질량과 통일된 원자 질량 단위의 질량의 비율이다. 이 값 역시 상대적이므로 치수가 없다.

상대 원자 질량의 결정

주요 기사: 동위원소 지질화학

현대의 상대적 원자 질량(특정 원소 샘플에 특정한 용어)은 (각 핵종에 대해) 원자 질량의 측정값과 표본의 동위원소 구성으로부터 계산된다. 매우 정확한 원자 질량은 거의 모든 비방사성 핵종에 사용할 수 있지만[12][13], 동위원소 구성은 둘 다 높은 정밀도로 측정하기 어렵고 표본 간 변동에 더 노출된다.[14][15] 이러한 이유로 22개의 단일핵종 원소의 상대적 원자질량(이 원소의 자연발생 핵종 각각에 대한 동위원소질량과 동일함)은 특히 높은 정확도로 알려져 있다. 예를 들어, 플루오린의 상대적 원자 질량에 대해서는 3,800만분의 1 부분만 불확실성이 있는데, 이는 아보가드로 상수에 대한 현재 최고 값(2,000만분의 1 부분)보다 큰 정밀도다.

동위원소 원자 질량[13] 풍요[14]
표준 범위
28SI 27.97692653246(194) 92.2297(7)% 92.21–92.25%
29SI 28.976494700(22) 4.6832(5)% 4.67–4.69%
30SI 29.973770171(32) 3.0872(5)% 3.08–3.10%

이 계산은 상대적 원자 질량이 계측학에서 특히 중요한 실리콘을 예로 들 수 있다. 실리콘은 세 개의 동위원소를 혼합하여 자연에 존재한다: Si, Si, Si. 이들 핵종의 원자 질량은 시(Si)의 경우 140억분의 1 정도, 다른 핵종의 경우 10억분의 1 정도로 알려져 있다. 단, 동위원소의 자연적 풍요의 범위는 표준 풍요를 약 ±0.001%까지만 부여할 수 있는 범위(표 참조)이다.

계산은 다음과 같다.

Ar(Si) = (27.97693 × 0.922297) + (28.97649 × 0.046832) + (29.97377 × 0.030872) = 28.0854

특히 표본 분포가 반드시 대칭적이지 않기 때문에 불확실성의 추정이 복잡하다.[16] IUPAC 표준 상대 원자 질량은 추정 대칭 불확실성으로 인용되며 실리콘 값은 28.0855(3)이다.[17] 이 값의 상대적 표준 불확도는 1×10–5 또는 10ppm이다.

측정에 의한 이러한 불확실성을 제외하고, 일부 원소는 선원에 대한 변동을 가진다. 즉, 서로 다른 선원(해양수, 암석)은 서로 다른 방사능 역사와 매우 다른 동위원소 구성을 가지고 있다. IUPAC는 이러한 자연적 가변성을 반영하기 위해 2010년 10개 원소의 표준 상대 원자 질량을 고정 숫자가 아닌 구간으로 표시하기로 결정했다.[18]

참고 항목

  • Possolo, Antonio; van der Veen, Adriaan M.H.; Meija, Juris; Brynn Hibbert, D. (2018-01-04). "Interpreting and propagating the uncertainty of the standard atomic weights (IUPAC Technical Report)". Retrieved 2019-02-08.

참조

  1. ^ a b International Union of Pure and Applied Chemistry (1980). "Atomic Weights of the Elements 1979" (PDF). Pure Appl. Chem. 52 (10): 2349–84. doi:10.1351/pac198052102349.
  2. ^ 국제 순수 및 응용 화학 연합(1993) 물리 화학에서의 수량, 단위 및 기호, 제2판, 옥스포드: 블랙웰 사이언스. ISBN 0-632-03583-8. 페이지 41. 전자 버전.
  3. ^ 원소 샘플 정의
  4. ^ de Bièvre, Paul; Peiser, H. Steffen (1992). "'Atomic Weight' — The Name, Its History, Definition, and Units" (PDF). Pure and Applied Chemistry. 64 (10): 1535–43. doi:10.1351/pac199264101535.
  5. ^ IUPAC, 화학용어 종합편찬, 제2편. ("금책")(1997년). 온라인 수정 버전: (2006–) "상대 원자 질량". doi:10.1351/골드북.R05258
  6. ^ IUPAC 골드북 - 원자량
  7. ^ IUPAC 골드 북 - 상대 원자 질량(원자 무게), A r
  8. ^ IUPAC 골드 북 - 통일 원자 질량 단위
  9. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. pp. 21, 160. ISBN 978-0-08-022057-4.
  10. ^ International Union of Pure and Applied Chemistry (2003). "Atomic Weights of the Elements: Review 2000" (PDF). Pure Appl. Chem. 75 (6): 683–800. doi:10.1351/pac200375060683.
  11. ^ IUPAC 골드 북 - 표준 원자 중량
  12. ^ 국립 표준 기술 연구소. 모든 원소에 대한 원자 무게 및 동위원소 구성.
  13. ^ a b Wapstra, A.H.; Audi, G.; Thibault, C. (2003), The AME2003 Atomic Mass Evaluation (Online ed.), National Nuclear Data Center. 기준:
  14. ^ a b Rosman, K. J. R.; Taylor, P. D. P. (1998), "Isotopic Compositions of the Elements 1997" (PDF), Pure and Applied Chemistry, 70 (1): 217–35, doi:10.1351/pac199870010217
  15. ^ Coplen, T. B.; et al. (2002), "Isotopic Abundance Variations of Selected Elements" (PDF), Pure and Applied Chemistry, 74 (10): 1987–2017, doi:10.1351/pac200274101987
  16. ^ Meija, Juris; Mester, Zoltán (2008). "Uncertainty propagation of atomic weight measurement results". Metrologia. 45 (1): 53–62. Bibcode:2008Metro..45...53M. doi:10.1088/0026-1394/45/1/008.
  17. ^ Holden, Norman E. (2004). "Atomic Weights and the International Committee—A Historical Review". Chemistry International. 26 (1): 4–7.
  18. ^ "Changes to the Periodic Table". Archived from the original on 2019-07-15.

외부 링크