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2.6: 原子质量
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Chemistry

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2.6: 原子质量

原子—以及组成它们的质子,中子和电子—很小。例如,碳原子的重量小于2乘以2。 10 − 23 g。在描述诸如原子之类的微小物体的属性时,我们使用适当的较小度量单位,例如原子质量单位(amu)。 amu最初是基于氢(最轻的元素)定义的,后来根据氧气来定义。自1961年以来,就碳的最丰富同位素进行了定义,碳的原子分配的质量恰好为12 amu。因此,一个amu正好是一个碳12原子质量的 1 / 12 :1 amu = 1.6605× 10 − 24 g。道尔顿(Da)和统一原子质量单位(u)是与amu等效的替代单位。

由于每个质子和每个中子对原子质量的贡献约为1 amu,而每个电子的贡献远小于原子的质量,因此单个原子的原子质量大约等于其质量数(质子和中子的总数)在原子中)。例如,单个氮原子的质量数为14(7个质子+ 7个中子)。但是,大多数元素的平均原子质量不是整数,因为大多数元素以两种或多种同位素的混合物形式自然存在。同位素是具有相同质子数但具有不同中子数的相同元素的原子。元素周期表中列出或原子质量表中列出的元素的质量,是该元素天然存在的样品中存在的所有同位素的加权平均质量。平均质量等于每个同位素的总质量乘以其分数丰度。

Eq1

例如,元素氯(原子序数17)由两个同位素组成: 35 Cl和氯 37 Cl。所有氯原子中约75.78%是质量为34.969 amu的 35 Cl,其余24.22%是质量为36.966 amu的 37 Cl。氯的平均原子质量经计算为:

“

重要的是要理解,没有一个氯原子的重量精确地等于35.45 amu。该值是所有氯原子的平均质量,单个氯原子的重量约为35 amu或37 amu。另外,由于天然存在的氯包含的 35 Cl原子比 37 Cl原子多,因此氯的加权平均质量更接近35 amu,而不是37 amu。 同位素的存在和自然丰度可以使用称为质谱仪的仪器通过实验确定。质谱(MS)广泛用于化学,法医学,医学,环境科学和许多其他领域,以分析和帮助识别材料样品中的物质。在典型的质谱仪中,样品被汽化并暴露于高能量电子束中,这通常使样品的原子或分子带电,这通常是通过失去一个或多个电子来进行的。这些阳离子然后通过可变磁场,该可变磁场使每个阳离子的路径偏转到一定程度,该程度取决于其质量和电荷。最后,检测离子,并绘制所产生离子的相对数量与其质荷比的关系图(质谱图)。质谱图中每个垂直特征或峰的高度与具有指定质荷比的阳离子比例成正比。自从在现代原子理论发展过程中首次使用以来,质谱(MS)已经发展成为一种强大的化学分析工具,可在广泛的应用中使用。

文字摘录自“> Openstax 化学 2e,第2.3节:原子结构和象征主义。

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