元素原子量测量及其演进
发布时间：2022-01-17 21:00
2019年是门捷列夫发现元素周期表第150周年。本文从原子量概念的提出、原子量测量技术的发展、原子量测量的中国贡献、原子量新的表述形式的出现等方面系统回顾了在过往两百多年里元素原子量的发展历史。
【文章来源】：化学通报. 2020,83(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
门捷列夫于1896年发表的元素周期表
1912年,为了深入研究阴极射线的成分,英国物理学家汤姆森(J. J. Thomson)和他的助手把一束游离的氖阴极射线通过电场和磁场,并用感光版在回路上看它们的偏转,结果他们看到两个斑点[16](如图3所示),说明氖元素是由两种质量不同的原子(氖-20和氖-22)组成,这成为了一个元素存在不同同位素的第一个直接证据。而汤姆森用于分离氖同位素的仪器也就成为了世界上的第一台质谱仪。汤姆森利用该仪器测出20Ne与22Ne的比值为9,由此得到Ne的原子量为20.2,而不是通常认为的原子量值为整数。在汤姆森的鼓励下,他的研究助理阿斯顿(F. W. Aston)研制了具有更高质量分辨率的质谱仪[17]。利用此仪器,在确认了氖元素的两个同位素的同时又发现了氖元素的第三个同位素21Ne[18]。随后,阿斯顿不断改进质谱仪器性能,先后系统性地调查了大多数元素的同位素组成情况并建立了原子质量的尺度,也由此为采用“物理法”测定元素原子量奠定了基础。随后,登普斯特(A. J. Dempster)发明了一种新的质谱仪器,测定了元素镁的同位素组成,并利用同位素丰度和同位素的整数质量数计算得到了其原子量[19](如式(1)所示)。接着,采用类似方法,他又测量了元素锂、钾、钙和锌的原子量。随着阿斯顿、登普斯特、班布里奇(Bainbridge)和尼尔(A. O. Nier)等先后采用质谱法完成元素原子量的测量,化学法测量元素原子量被逐步终结[20]。2.1 相对质谱法
“原子量”(atomic weight)这个概念的出现得益于英国化学家约翰·道尔顿(John Doltan)。1803年继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说,道尔顿提出了自己的原子论,并于1805年发表了一个名为“relative weights of the ultimate particles of gaseous bodies”的原子量表(见图1),其中列出了一些元素的符号和对应的原子量,给出的原子量值均为整数[7]。他指出,同一种元素的原子有相同的重量(weight),不同元素的原子有不同的重量。最早的原子量测量方法是基于化学测量法,即利用化学反应测出元素的当量,然后乘以原子价即得原子量。例如纯氢与纯氧化合为水,由于氧的原子量是基准(当时将氧的相对原子质量规定为16),就可测出氢的原子量,再如氧化铁还原为铁,可由质量比2Fe/Fe2O3测出Fe的原子量。其中以Ag、Cl、Br等作为副标准分析氯化物或溴化物的方法最为准确:先制备出待测元素的高纯的氯(溴)化物,并测定等当量的氯(溴)化物与银或氯(溴)化银的质量比。副标准Ag的原子量由AgNO3/Ag而得,Cl的原子量由AgCl/Ag而得,Br的原子量由AgBr/Ag而得。而N的原子量则由2NO/O2得到。这个方法的关键在于对样品质量的称重以及所用样品的化学纯度,这将决定原子量测量结果的准确性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]The AME2012 atomic mass evaluation（Ⅱ）.Tables,graphs and references[J]. M.Wang,G.Audi,A.H.Wapstra,F.G.Kondev,M.MacCormick,X.Xu,B.Pfeiffer. Chinese Physics C. 2012(12)
[2]Determination of the absolute 32S/34S ratio of IAEA-S-1 reference material and V-CDT sulfur isotope standard[J]. 丁悌平,白瑞梅,李延河,万德芳,邹晓秋,张青莲. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 1999(01)
本文编号：3595430
【文章来源】：化学通报. 2020,83(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
门捷列夫于1896年发表的元素周期表
1912年,为了深入研究阴极射线的成分,英国物理学家汤姆森(J. J. Thomson)和他的助手把一束游离的氖阴极射线通过电场和磁场,并用感光版在回路上看它们的偏转,结果他们看到两个斑点[16](如图3所示),说明氖元素是由两种质量不同的原子(氖-20和氖-22)组成,这成为了一个元素存在不同同位素的第一个直接证据。而汤姆森用于分离氖同位素的仪器也就成为了世界上的第一台质谱仪。汤姆森利用该仪器测出20Ne与22Ne的比值为9,由此得到Ne的原子量为20.2,而不是通常认为的原子量值为整数。在汤姆森的鼓励下,他的研究助理阿斯顿(F. W. Aston)研制了具有更高质量分辨率的质谱仪[17]。利用此仪器,在确认了氖元素的两个同位素的同时又发现了氖元素的第三个同位素21Ne[18]。随后,阿斯顿不断改进质谱仪器性能,先后系统性地调查了大多数元素的同位素组成情况并建立了原子质量的尺度,也由此为采用“物理法”测定元素原子量奠定了基础。随后,登普斯特(A. J. Dempster)发明了一种新的质谱仪器,测定了元素镁的同位素组成,并利用同位素丰度和同位素的整数质量数计算得到了其原子量[19](如式(1)所示)。接着,采用类似方法,他又测量了元素锂、钾、钙和锌的原子量。随着阿斯顿、登普斯特、班布里奇(Bainbridge)和尼尔(A. O. Nier)等先后采用质谱法完成元素原子量的测量,化学法测量元素原子量被逐步终结[20]。2.1 相对质谱法
“原子量”(atomic weight)这个概念的出现得益于英国化学家约翰·道尔顿(John Doltan)。1803年继承古希腊朴素原子论和牛顿微粒说,道尔顿提出了自己的原子论,并于1805年发表了一个名为“relative weights of the ultimate particles of gaseous bodies”的原子量表(见图1),其中列出了一些元素的符号和对应的原子量,给出的原子量值均为整数[7]。他指出,同一种元素的原子有相同的重量(weight),不同元素的原子有不同的重量。最早的原子量测量方法是基于化学测量法,即利用化学反应测出元素的当量,然后乘以原子价即得原子量。例如纯氢与纯氧化合为水,由于氧的原子量是基准(当时将氧的相对原子质量规定为16),就可测出氢的原子量,再如氧化铁还原为铁,可由质量比2Fe/Fe2O3测出Fe的原子量。其中以Ag、Cl、Br等作为副标准分析氯化物或溴化物的方法最为准确:先制备出待测元素的高纯的氯(溴)化物,并测定等当量的氯(溴)化物与银或氯(溴)化银的质量比。副标准Ag的原子量由AgNO3/Ag而得,Cl的原子量由AgCl/Ag而得,Br的原子量由AgBr/Ag而得。而N的原子量则由2NO/O2得到。这个方法的关键在于对样品质量的称重以及所用样品的化学纯度,这将决定原子量测量结果的准确性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]The AME2012 atomic mass evaluation（Ⅱ）.Tables,graphs and references[J]. M.Wang,G.Audi,A.H.Wapstra,F.G.Kondev,M.MacCormick,X.Xu,B.Pfeiffer. Chinese Physics C. 2012(12)
[2]Determination of the absolute 32S/34S ratio of IAEA-S-1 reference material and V-CDT sulfur isotope standard[J]. 丁悌平,白瑞梅,李延河,万德芳,邹晓秋,张青莲. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 1999(01)
本文编号：3595430
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