Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Атомный вес химического элемента

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск

Атомный вес химического элемента- относительный вес (масса) атома химич. элемента, выражаемый численным отношением между средним косом (массой) атома данного элемента и 1/16 частью среднего веса (массы) атома природного кислорода, принятой в современной химии за единицу. В химии А. в. относится по к отдельным атомам химия, элемента, который, как правило, состоит из нескольких usamonoi (см.), т. е. атомов одного и того же элемента, отличающихся друг от друга своей массой, а к смеси этих атомов, находящейся в природе. А. в. является одной из наиболее существенных характеристик химич. элемента.

Исторический обзор. Как отмечает Энгельс, «уже Эпикур приписывал атомам не только различия по величине и форме, ио также и различия по вес у, т. е. ... Эпикур uo-своему уже знал атом-ньш вес п атомный объем» (Энгельс Ф., Анти-Дюринг, 1950, стр. 312). Мысль о различии атомов по массе высказал М. В. Ломоносов, к-рому принадлежит первая попытка приложить атомные воззрения к химии. В 1742-43 в своём труде «О нечувствительных физических частичках, составляющих тела природы...» Ломоносов писал: «Итак в частично разнородных телах нечувствительные физические частички должны различаться массою...» (цит. по кн.: М е н-ш у т к и н Б. Н,, Труды М. В. Ломоносова но физике и химии, М.-Л., 1936, стр.92). Однако химия 18 в. (ще не располагала экспериментальным материалом, необходимым для определения А. в. Только в 1803 английский учёный Дальтон, опираясь на атомные представления и на данные о количественном составе некоторых простейших химических соединений, сделал первые вычисления А. в. Не имея средств для измерения абсолютного веса атомов, Дальтон отнёс А. в. элементов к А. в. наиболее лёгкого элемента - водорода, приняв его за единицу. «И подобно тому как товарное производство воз-г.одит золото в ранг абсолютного товара, ... точно 1ак же химия возводит водород в химический денежный товар, принимая его атомный вес равным единице и сводя атомные веса всех остальных элементов к водороду, выражая их кратным числом его атом-гого веса» (Энгельс Ф., Анти-Дюринг, 1950, стр. 292).

Вычисляя А. в., Дальтон в 1808 исходил из произвольных допущений о числе атомов отдельных элементов в соединениях и недостаточно точных анаяитич. данных. Например он полагал, что если два элемента образуют только одно соединение, то оно должно содержать ио 1 атому каждого из них. Поэтому в воде (перекись водорода еще не была открыта) на J атом водорода должен приходиться

1 атом кислорода, а так как тогда полагали, что вода состоит из 87,4% кислорода и"12,6*/» водорода, то А. в. кислорода получался близким к 7.

Огромное значение знания А. в. было сразу оценено наиболее передовыми химиками, и в первой половине 19 в. была проделана обширная работа по определению А. в., в особенности шведским химиком И. Берцелиусом, к-рый предложил относить А. в. элементов к А. в. кислорода, образующего, в отличие от водорода, соединения почти со всеми другими элементами; А. в. кислорода Берцелиус принял за 100.

Для правильного определения А. в. химии первой половины 19 в. недоставало самого главного, а именно - способа безошибочно устанавливать число атомов каждого элемента в молекуле (или, как тогда говорили, в «сложном атоме») химического соединения, что создавало путаницу и произвол в системе А. в. Конец этому был положен в 1860 на Международном съезде химиков, к-рый постановил считать молекулой наименьшее количество тела, вступающее в реакцию, а атомом - наименьшее количество химич. элемента, вступающее в молекулу его соединений.Эти положения легли в основу применяемых и ныне способов определения А. в. Одновременно было решено вновь принять А. в. водорода за единицу. Современная кислородная единица А. в., равная Vie A- в- кислорода, стала общепринятой только с 1906.

Установленные в 1860 новые значения А. в. были ранее всего и с наибольшей последовательностью проведены в жизнь передовыми русскими химиками (Д. И. Менделеевым, А. М. Бутлеровым, Н. А. Мен-шуткиным и др.). Во Франции новые А. в. вошли во всеобщее употребление только в конце 19 в., а в Англии и Германии--до 80-х гг. 19 в., наряду с новыми А. в., применялись и устаревшие эквиваленты.

Новые А. в. имели существенное значение для подготовки открытия Д. И. Менделеевым в 1869 периодического закона, который в руках великого русского учёного явился мощным орудием для исправления А. в. уже известных элементов (особенно Be, In, U, Се, Th, La и др.) и предсказания А. в. элементов, еще не открытых (Ga, Ge, Sc). Периодический закон Менделеева указал принципиально новые пути к многочисленным дальнейшим работам по определению А. в. «Веса атомов элементов, до периодического закона,- писал Менделеев,- представляли числа чисто эмпирического свойства до того, что величина эквивалента и атомность или число эквивалентов, образующих атом, могли подлежать критике лишь по методам их определения, а не по их величине, то-есть в этой области приходилось итти ощупью, покоряться факту, а не обладать им, хотя весь строй химических знаний, со времени Дальтона, был подчинен выводам, отсюда выносимым» (М е н д е л е е в Д. И., Избр. соч., т. 2, 1934, стр. 360). В 1882 А. М. Бутлеровым была высказана идея о том, что атомы одного и того же элемента могут иметь неодинаковый А. в. (Об атомных весах, «Журнал Русского физико-химического общества. Часть химическая», СПБ, 1882, т. 14, выпуск 5). Это было замечательным предвидением изотонии, открытой лишь в 20 веке.

Единицы измерения А. в. В химии в основу современных А. п. положена т. н. кислородная единица, равная Vle веса атома кислорода. А. в. элементов, в соответствии с этой единицей, можно назвать «химическим» А. в. Однако в результате изучения изотопного состава кислорода было

установлено наличие трёх сортов его атомов с различной массой.

Если принять массу наиболее лёгкого атома кислорода равной 16,0000, то массы более тяжёлых его атомов будут составлять 17,00449 и 18,00369; процентное содержание этих изотопов в кислороде соответственно равно: 99,76%, 0,04% и 0,20%. Следовательно, в среднем атомный вес кислорода равен:

16,0-99,76+17,004 49'0,04-М 8,00369-0,20 _ . ,-,-,,, 100 - UUi4.

В атомной физике массы, или веса, атомов всех элементов отнесены к массе (весу) наиболее лёгкого атома кислорода, равной 16,0000, и таким образом установлена «физическая шкала» весов атомов. В хи-микже за 16,0000 принимается средний А. в. кислорода, равный в физич. шкале 16,0044. Отсюда следует, что числовые значения А. в. в «химической шкале» ниже, чем значения весов атомов в «физической

шкале» в -|у-|щ^ = 1,000275 раза; поэтому для вычисления А. в. с помощью данных об изотопном составе и массах изотопов того или иного элемента надо полученное среднее значение массы его атома разделить на 1,000275.

Способы определения А. в. Существует ряд способов, при помощи к-рых были установлены А. в. элементов и к-рые используются в настоящее время для их уточнения. В случае простых газов (напр, водорода, кислорода, инертных газов) определяют молекулярный вес газа по его плотности и устанавливают атомность газа по объёмным соотношениям при газовых реакциях или по cp/cv - отношению теплоёмкости газа при постоянном давлении ср к его теплоёмкости при постоянном объёме Cj,, к-рое является постоянной величиной для газов, содержащих одинаковое число атомов в молекуле: так, Cp/cv для одпоатомных газов равно 1,67, для двухатомных - 1,4.

А. в. элемента вычисляется как частное от деления молекулярного веса на число атомов в молекуле. Примеры:

Свойство Хлор Азот Аргон

3,21 1 ,25 1 ,78

Молекулярный вес (плотностьХ v 22 4 ) ........... 70,9 28,0 39,9

Число атомов в молекуле . . . 2' 35 ,5 2' 14,0 Is 39,9

1 По объёмным соотношениям при газовых реакциях. •ср/св=1,С7.

Для элементов, дающих газообразные или легколетучие соединения, определяют молекулярный вес (по плотности пара) и процентный элементарный состав возможно большего числа таких соединений. Затем вычисляют, какая часть молекулярного веса каждого из взятых соединений приходится на долю данного элемента. Наименьшее из полученных чисел принимается за искомый А. в. Ниже этот способ иллюстрируется на примере определения А. в,углерода:

Оба указанных выше способа основаны на определении молекулярного веса вещества - простого или сложного, содержащего данный элемент. В тех случаях, когда молекулярный вес не может быть определён непосредственно, находят при помощи химического анализа величину химического эквивалента элемента и умножением эквивалентного веса на валентность элемента получают искомый А. в. Этот способ является основным и применяется до настоящего времени для уточнения А. в. многих элементов.

Для приблизительной оценки величины А. и. элемента можно воспользоваться законом Дюлонга и Пти, согласно к-рому атомная, теплоемкость (см.) соответствующего простого тела п твёрдом состоянии, т. е. произведение А. в. на удельную теплоёмкость простого тела, есть величина постоянная, равная в среднем 6,2 «ал/град, грамм-атом. Следовательно, для нахождения А. в. требуется лишь экспериментальное определение удельной теплоёмкости простого тола. Примеры:

Элемент Уд. теплоёмкость с 0.2 с Лтомшлй вес (точный)

Железо 0 11 ' 5 г} '* fi 5 8 5

0 Ог>4 114 8 118 7

Золото ...... 0,031 200,0 197,2

Соединение Процентное содержание Молекулярный Приходите л на долю

углерода углерода

Углекислый газ ..... 27,3 '.4 12

75 ,0 16 12

92,3 26 24

«2, 1 58 Зй

92,3 78 72

УЗ ,8 128 120

В некоторых случаях А. в. элемента может быть определён по составу его кристаллич. соединений в соответствии с правилом изоморфизма (см.), согласно к-рому вещества, образующие изоморфные кристаллы, обладают сходным строением молекулы, т. е. аналогичной химич. формулой. Напр, при определении А. в. селена ^изоморфизм селената калия с сульфатом калия K,SO4 даёт основание приписать селенату аналогичную формулу, K2SeC)., и, зная состав селената, вычислить из этих данных А. в. селена. Закон Дюлонга и Пти и правило изоморфизма были в своё время использованы для определения А. в. многих элементов.

А. в. может быть установлен чисто теоретически по месту элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева как арифметическое среднее из атомных весов элементов, соседних сданным. Д. И. Менделеев исправил атомные веса In и Се на основании периодического закона,что было подтверждено экспериментально, путём определения теплоёмкости этих металлов в согласии с законом Дюлонга п Пти.

Новейшие физические методы исследования дают возможность надёжно проверять точность принятых величин А. в. элементов. Например масс-спект-ромктрия (см.) даёт возможность установить изотопный состав элемента, а также определить с большой точностью (до 0,001% и чочнее) массу или вес атома отдельного изотопа. По этим данным может быть вычислен и А. в. элемента. Для определения А. в. изотопов масс-спектрографический метод является важнейшим, так как изотопы одного и того же элемента химически почти неразличимы.

У нек-рых элементов разница в массе отдельных изотопов значительна и достигает 8-12 кислородных единиц. Исходя из этого, может показаться, что А. в. элемента перестаёт быть той исключительно важной характеристикой элемента, к-рой он считался ранее. Однако это не так. С одной стороны, в химии всегда, в том числе и при экспериментальном определении А. в., имеют дело с определённой смесью изотопов, образующих it природе данный химический элемент. С другой стороны, установлено, что в при Таблица химических атомных в е с о в но ио и к ч ш и м данным1.

Название элемента Знак атома Порядковый номер Z Атомный вес Название элемента Знак атома Порядковый номер Z Атомный вес Название элемента Зпак атома Порядковый номер Z Атомный вес

N 7 1 4 , 008 Кислород О 8 16,0000 Родий . Rh 45 102 91

Актиний . . . Алюминий . . Америций1 . . Л с А1 Am Аг 89 13 95 18 227s 26,97 39,944 КоОальт . . . Кремний . . Криптон . . . Ксенон . . . Со Si Кг Хе 27 14 36 54 58,94 28,06 83,7 131 ,3 Ртуть .... Рубидий . . . Рутений . . . Самарий . . Не Rb Ru Sm 80 37 44 62 200,61 85,48 101,7 НО 43

Астатин1 . . . Барий .... At Ва Be 85 56 4 137,36 9 02 Кюрий3 . . . Лантан . . . Cm La Li 96 57 3 138,92 6 940 Свинец .... Селен .... Сера Pb Se s 82 34 16 2(17,21 78,96

Бор ...... В 5 10 82 Лютеций . . . Lu 71 174 ,99 Серебро . . , Аг 47 107 880

Br 35 Магний . . . Mg 12 24 32 Скандий . . , Se 21 45 10

Ванадий . . . V Bi 23 83 50,95 Марганец . . Медь . . МП Си 25 29 54,93 63 54 Стронций . . Sr Sb 38 51 87,63 121 76

Водород . . . Вольфрам . . Гадолиний . . Галлий . . . Гафний . . H w Gd Ga Hf 1 74 64 31 72 1 ,0080 183,92 156,9 69,72 1786 Молибден . . Мышьяк . . . Натрий . . . Неодим . . . Пеон ..... Mo As Na Nd Ne 42 33 11 60 10 95,95 74,91 22,997 144,27 20 183 Таллий . . . Тантал .... Теллур . . . Тербий . . . Tl Та Те Tb Тс 81 73 52 65 43 204,39 180,88 127,61 159,2

Гелий .... Германий . . Гольмий . . . Диспрозий . Европий . . . He Ge Ho Dy Eu 2 32 67 6B 63 4,003 72,60 164,94 162,46 152 0 Нептуний3 . . Никель . . . Ниобий . . . Олово .... Осмий .... Np Ni Nb Sn Os 93 28 41 50 76 58,69 92,91 118,70 190 2 Титан .... Торий .... Тулий .... Углерод . . . Уран . . . Ti Th Tu С и 22 80 69 e 92 47,90 232,12 169,4 12,010 238 07

Железо . . . Золото .... Индий .... Fe Ли la 26 79 49 55,85 197,2 114 76 Палладий . . Платина . . . Плутоний3 . . Pd Pt Pu 46 78 94 106,7 195,23 Фосфор . . . Франций3 . . P Fr F 15 87 9 30,98 19 00

Иод ..... J 53 126 9' Po 84 210s Cl 17

Иридий . . . Ir 77 193,1 Празеодим. . Pr 59 140,92 Хром ..... Cr 24 52,01

Иттербий . . Иттрий . . . Кадмий . . . Yb Y Cd 70 39 48 173 .04 88,92 112,41 Прометий3 . . Протактиний Радий .... Pm Pa Ra 61 91 88 231' 226 05 Цезий .... Церий .... Cs Ce Zn 55 58 30 132,91 140,13 65 38

Калий .... Кальций . . . К Ca 19 20 39,096 40,08 Радон3 .... Рений .... Rn Re 86 75 186,31 Цирконий . . Эрбий .... Zr Er 40 68 91,22 167,2

В таблице химических атомных весов приводятся их численные значения со столькими десятичными знаками, что предпоследний может считаться достоверным. "Для элементов: актиния (89), полония (84) и протактиния (91) приведены вместо А. в. массовые числа (см.). = Для америция (95), астатина (85), кюрия (96), нептуния (93), плутония (94), прометия (61), радона (86), технеция (43) и франция (87) А. в. не приводятся, т. к. эти элементы получаются искусственно в виде отдельных изотопов. В таблицу не включены 97 и 98 элементы беркелий (см.) и калифорний (см.) полученные искусств&нно в 1950. "

роде наблюдается почти строгое постоянство изотопного состава элементов; исключения из этого правила весьма немногочисленны. Поэтому применяемые в химии А. в. элементов, хотя и являются лишь средними величинами, зависящими от изотопного состава элемента и веса атомов изотопов, всё же полностью сохраняют своё значение во всех областях химии как основа для всех количественных расчётов. Изотопная неоднородность элементов является одной из причин, почему А. в. большинства элементов выражается не целыми числами, а дробными. Другая причина нецелочисленности А. в., в том числе и веса атомов отдельных изотопов, лежит в т. н. дефекте массы (см. стр. 443, 459), наблюдаемом при образовании атомных ядер, т. к. в результате выделения энергии при образовании атомного ядра из элементарных частиц происходит уменьшение общей массы. Т. о., масса атома не равна в точности суммарной массе элементарных частиц, отдельно взятых, а всегда меньше этой суммы.

Повышение точности определения А. в. в современной химии зависит от степени химич. очистки вещества и от дальнейшего усовершенствования техники химич. анализа. Большое значение имеют физич. способы определения точных изотопических весов при помощи усовершенствованного масс-сиектрографа.

Таким образом, А. в. химического элемента является важной константой, зависящей от характера атомов этого элемента. Величина А. в. обусловливается числом изотопов, их изотопическим весом и их относительной распространённостью в природе.

Лит.: Менделеев Д. И., Основы химии, т. 1-2, 13 изд., М.-Л.. 1947; его ж е, Избранные сочинения, т. 2, М.-Л., 1934; Меншуткин Б. Н., Химия и пути её развития, М.-Л., 1937; Некрасов Б. В., Курс общей химии. 8 изд., М.-Л., 1948; Б р о д с к и и А. И.. Физическая химия, т. 1-2, 6 изд., М.-Л., 1948; Раковский А. В., Введение в физическую химию. М., 1938.


Требуется проверка викификации!
Шаблон:Проверить источники


Статья из Большой советской энциклопедии

Эта статья подлежит модернизации и корректировке!

Если Вы заметили неточность — Вы можете исправить её с помощью ссылки редактировать (или править) на этой странице.
Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: