الكتلة الذرية النسبية

الموسوعة الحرة

الكتلة الذرية النسبية (رمزها: A r ؛ وتُختصر أحيانًا إلى RAM أو ram )، والمعروفة أيضًا بالوزن الذري (وهو مصطلح قديم )، هي كمية فيزيائية لا بُعدية تُعرَّف بأنها نسبة متوسط ​​كتلة ذرات عنصر كيميائي في عينة معينة إلى ثابت الكتلة الذرية. يُعرَّف ثابت الكتلة الذرية (رمزه: mu) بأنه يساوي 1/12 من كتلة ذرة الكربون -12 . [ 1 ] [ 2 ] بما أن كلا الكميتين في النسبة هما كتلتان ، فإن القيمة الناتجة لا بُعدية. تبقى هذه التعريفات سارية [ 3 ] : 134 حتى بعد مراجعة النظام الدولي للوحدات ( SI) عام 2019. [ أ ] [ ب ]

بالنسبة لعينة واحدة، تُحسب الكتلة الذرية النسبية لعنصر معين كمتوسط ​​حسابي مرجح لكتل ​​الذرات الفردية (بما في ذلك جميع نظائره ) الموجودة في العينة. ويمكن أن تختلف هذه القيمة اختلافًا كبيرًا بين العينات، لأن مصدر العينة (وبالتالي تاريخها الإشعاعي أو تاريخ انتشارها) قد يكون قد أنتج تراكيب من وفرة النظائر بنسب متفاوتة. على سبيل المثال، نظرًا لاختلاف مزيج نظائر الكربون-12 والكربون -13 المستقرة ، فإن عينة من الكربون العنصري من الميثان البركاني ستكون لها كتلة ذرية نسبية مختلفة عن تلك المأخوذة من أنسجة نباتية أو حيوانية.

الكمية الأكثر شيوعًا ودقة، والمعروفة بالوزن الذري القياسي ( A r °)، هي تطبيق لقيم الكتلة الذرية النسبية المُستقاة من عينات متعددة. يُفسَّر أحيانًا على أنه النطاق المتوقع لقيم الكتلة الذرية النسبية لذرات عنصر معين من جميع المصادر الأرضية، حيث تُؤخذ هذه المصادر من الأرض . [ 8 ] غالبًا ما يُستخدم مصطلح "الوزن الذري" بشكل غير دقيق كمرادف للوزن الذري القياسي (وذلك لأن الأوزان الذرية القياسية لا تُستقى من عينة واحدة). مع ذلك، يُعد الوزن الذري القياسي أكثر أنواع الكتلة الذرية النسبية شيوعًا في المنشورات العلمية.

بالإضافة إلى ذلك، أثار الاستخدام المستمر لمصطلح "الوزن الذري" (لأي عنصر) بدلاً من "الكتلة الذرية النسبية" جدلاً واسعاً منذ ستينيات القرن الماضي على الأقل، ويعود ذلك أساساً إلى الاختلاف التقني بين الوزن والكتلة في الفيزياء. [ 9 ] ومع ذلك، فإن كلا المصطلحين معتمدان رسمياً من قبل الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC ). ويبدو أن مصطلح "الكتلة الذرية النسبية" يحل الآن محل "الوزن الذري" باعتباره المصطلح المفضل، على الرغم من استمرار استخدام مصطلح " الوزن الذري القياسي " (بدلاً من المصطلح الأكثر دقة " الكتلة الذرية النسبية القياسية ").

تعريف

تُحدد الكتلة الذرية النسبية بمتوسط ​​الكتلة الذرية، أو المتوسط ​​المرجح للكتل الذرية لجميع ذرات عنصر كيميائي معين في عينة معينة، ثم تُقارن هذه الكتلة بالكتلة الذرية للكربون-12. [ 10 ] هذه المقارنة هي ناتج قسمة الوزنين، مما يجعل القيمة بلا أبعاد (أي ليس لها وحدة). وهذا الناتج يفسر أيضًا كلمة "نسبية" : تُعتبر قيمة كتلة العينة نسبية إلى كتلة الكربون-12.

يُعدّ مصطلح "الكتلة الذرية النسبية" مرادفًا للوزن الذري، مع ضرورة عدم الخلط بينه وبين " الكتلة النظيرية النسبية" . كما يُستخدم مصطلح "الكتلة الذرية النسبية" بشكل متكرر كمرادف للوزن الذري القياسي ، وقد تتداخل قيم هذين المصطلحين إذا كانت الكتلة الذرية النسبية المستخدمة هي كتلة عنصر من الأرض في ظروف محددة. ومع ذلك، تظل الكتلة الذرية النسبية (الوزن الذري) متميزة تقنيًا عن الوزن الذري القياسي، نظرًا لتطبيقها على الذرات المستخلصة من عينة واحدة فقط؛ كما أنها لا تقتصر على العينات الأرضية، بينما يُحسب الوزن الذري القياسي كمتوسط ​​لعدة عينات، ولكن فقط من مصادر أرضية. لذا، يُعدّ مصطلح "الكتلة الذرية النسبية" مصطلحًا أكثر عمومية، إذ يُمكن أن يُشير على نطاق أوسع إلى عينات مأخوذة من بيئات غير أرضية، أو بيئات أرضية محددة للغاية، والتي قد تختلف اختلافًا كبيرًا عن المتوسط ​​الأرضي، أو تعكس درجات متفاوتة من الدقة (مثل عدد الأرقام المعنوية ) مقارنةً بتلك التي تعكسها الأوزان الذرية القياسية.

التعريف الحالي

التعريفات السائدة للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (كما وردت في " الكتاب الذهبي ") هي:

الوزن الذري – انظر: الكتلة الذرية النسبية [ 11 ]

و

الكتلة الذرية النسبية (الوزن الذري) - نسبة متوسط ​​كتلة الذرة إلى ثابت الكتلة الذرية. [ 12 ]

يشير ثابت الكتلة الذرية هنا إلى 1/12 من كتلة ذرة الكربون -12 في حالتها الأرضية ، ويساوي دالتون واحد . [ 13 ]

تعريف الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية [ 1 ] للكتلة الذرية النسبية هو:

الوزن الذري (الكتلة الذرية النسبية) لعنصر من مصدر محدد هو نسبة متوسط ​​الكتلة لكل ذرة من العنصر إلى 1/12 من كتلة ذرة الكربون -12 .

يُحدد التعريف عمدًا " الوزن الذري  ..."، إذ يختلف الوزن الذري النسبي للعنصر باختلاف مصدره. فعلى سبيل المثال، يمتلك البورون من تركيا وزنًا ذريًا نسبيًا أقل من البورون من كاليفورنيا ، نظرًا لاختلاف تركيبه النظائري . [ 14 ] [ 15 ] ومع ذلك، ونظرًا لتكلفة تحليل النظائر وصعوبته ، يُعتمد عادةً على القيم المُجدولة للأوزان الذرية القياسية ، المتوفرة بكثرة في المختبرات الكيميائية، والتي تُراجع كل سنتين من قِبل لجنة وفرة النظائر والأوزان الذرية التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC). [ 16 ]

الاستخدام التاريخي

كانت المقاييس النسبية التاريخية القديمة (قبل عام ١٩٦١)، القائمة على وحدة الكتلة الذرية (رمزها: amu أو amu )، تستخدم إما الكتلة النظيرية النسبية للأكسجين-١٦ أو الكتلة الذرية النسبية للأكسجين (أي الوزن الذري) كمرجع. راجع مقال تاريخ وحدة دالتون الحديثة لحل هذه المشكلات.

الوزن الذري القياسي

تُحدد لجنة CIAAW التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC ) قيمةً معياريةً للكتلة الذرية النسبية (أو الوزن الذري) على الأرض، تُعرف بالوزن الذري القياسي. ويشترط هذا المعيار أن تكون المصادر أرضيةً وطبيعيةً ومستقرةً إشعاعيًا، بالإضافة إلى متطلباتٍ خاصةٍ بعملية البحث. وقد حددت اللجنة هذا الوزن الذري القياسي لـ 84 عنصرًا مستقرًا. وتُنشر هذه القيم على نطاق واسع، ويُشار إليها بشكلٍ عام باسم "الوزن الذري" للعناصر المستخدمة في المواد الواقعية، مثل المستحضرات الصيدلانية والتجارة.

كما نشرت CIAAW قيمًا مختصرة (مقربة) وقيمًا مبسطة (عندما تختلف المصادر الأرضية بشكل منهجي).

مقاييس أخرى لكتلة الذرات

الكتلة الذرية ( m <sub>a</sub> ) هي كتلة ذرة واحدة. وهي تُحدد كتلة نظير معين، وتُستخدم كقيمة أساسية لتحديد الكتلة الذرية النسبية. فيما يلي مثال لثلاثة نظائر من السيليكون . وحدة الكتلة المناسبة للكتلة الذرية هي الدالتون (Da)، والتي تُسمى أيضًا وحدة الكتلة الذرية الموحدة (u).

الكتلة النظيرية النسبية هي نسبة كتلة ذرة واحدة إلى ثابت الكتلة الذرية ( m u = 1  Da ) . هذه النسبة بلا أبعاد.

تحديد الكتلة الذرية النسبية

تُحسب الكتل الذرية النسبية الحديثة (مصطلح خاص بعينة عنصر معينة) من القيم المقاسة للكتلة الذرية (لكل نويدة ) والتركيب النظائري للعينة. تتوفر كتل ذرية عالية الدقة [ 17 ] [ 18 ] لجميع النوى غير المشعة تقريبًا، لكن قياس التركيب النظائري بدقة عالية أصعب، كما أنه أكثر عرضة للتغير بين العينات. [ 19 ] [ 20 ] لهذا السبب، تُعرف الكتل الذرية النسبية للعناصر أحادية النواة الـ 22 (وهي نفسها الكتل النظائرية لكل نويدة من النوى الطبيعية لهذه العناصر) بدقة عالية جدًا. على سبيل المثال، لا تتجاوز نسبة عدم اليقين في الكتلة الذرية النسبية للفلور جزءًا واحدًا من 38 مليونًا ، وهي دقة أعلى من أفضل قيمة حالية لثابت أفوجادرو (جزء واحد من 20 مليونًا).

النظيرالكتلة الذرية [ 18 ]الوفرة [ 19 ]
معياريتراوح
28 سي27.976 926 532 46 (194)92.2297(7)%92.21–92.25%
29 سي28.976 494 700 (22)4.6832(5)%4.67–4.69%
30 سي29.973 770 171 (32)3.0872(5)%3.08–3.10%

يُوضَّح هذا الحساب باستخدام السيليكون ، الذي تُعدّ كتلته الذرية النسبية ذات أهمية خاصة في علم القياس . يوجد السيليكون في الطبيعة على شكل خليط من ثلاثة نظائر: 28Si و 29 Si و 30 Si. تُعرف الكتل الذرية لهذه النظائر بدقة تصل إلى جزء واحد من 14  مليار للنظير 28Si ، وجزء واحد من مليار تقريبًا للنظائر الأخرى. مع ذلك، فإن نطاق الوفرة الطبيعية لهذه النظائر واسع جدًا، بحيث لا يمكن تحديد الوفرة القياسية إلا بدقة ±0.001% تقريبًا (انظر الجدول).

الحساب كالتالي:

A r (Si) = (27.976 93 ×0.922 297 ) + (28.976 49 ×0.046832 ) + (29.973 77 ×0.030872 ) =28.0854

يُعدّ تقدير عدم اليقين أمرًا معقدًا، [ 21 ] لا سيما وأن توزيع العينة ليس بالضرورة متماثلًا: تُذكر الكتل الذرية النسبية القياسية للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) مع تقديرات لعدم اليقين المتماثل، [ 22 ] وقيمة السيليكون هي 28.0855(3). عدم اليقين المعياري النسبي لهذه القيمة هو10−5 أو 10 جزء في  المليون.

إلى جانب هذا التباين في القياس، تختلف بعض العناصر باختلاف مصادرها. أي أن المصادر المختلفة (مياه المحيطات، الصخور) لها تاريخ إشعاعي مختلف، وبالتالي تركيب نظائري مختلف. ولمراعاة هذا التباين الطبيعي، قرر الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) في عام 2010 إدراج الكتل الذرية النسبية القياسية لعشرة عناصر على شكل نطاق بدلاً من رقم ثابت. [ 23 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ هناك نتيجتان فقط للمراجعة ذات صلة بهذه المقالة. أولاً، لم تعد الكتلة المولية للكربون-12، M ( 12C )، تُعرَّف بأنها تساوي 12 غ/مول بالضبط، بل يجب تحديدها تجريبياً، وبالتالي فهي تنطوي على هامش خطأ. أفضل قيمة حالية لها [ 4 ] [ 5 ] : 4912.0000000126 (37) غ/مول . هنا ،  يمثل الرقم "(37)" مقياسًا للخطأ؛ في الأساس، يمثل الرقم "26" (آخر رقمين فييجب فهم القيمة 12.0000000126 على أنها " 26  ± 37  "، كما هو موضح في قسم عدم اليقين  في القياسات . ومع ذلك، فإن هذه القيمة قريبة جدًا من القيمة القديمة البالغة 12 غ/مول (الفرق النسبي هو1.05 × 10⁻⁹ ) أنه في الغالبية العظمى من التطبيقات، يمكن اعتبار M ( 12 C) مساويًا تمامًا  لـ 12 غ/مول؛ وهذا بالطبع مقصود. ثانيًا، أصبح ثابت أفوجادرو N A مساويًا تمامًا لـ6.022 140 76 × 10 23 مولًا مقلوبًا  بحسب التعريف، بينما كان يجب سابقًا تحديده تجريبيًا، وبالتالي كان ينطوي على هامش خطأ. [ 3 ] : 134
  2. ↑ مباشرةً بعد مراجعة عام 2019، كانت قيمة M ( 12 C) مساوية لـ12.0000000000 (54) غ /  مول ، وهو ما يتوافق مع عدم يقين معياري نسبي [ 6 ] قدره4.5 × 10⁻¹⁰ . وقد تم "توريث" هذا التفاوت من التفاوت المعياري النسبي الذي كان لدى المنتج hNA مباشرة قبل المراجعة: أيضًا4.5 × 10⁻¹⁰ . (حيث h هو ثابت بلانك . بعد المراجعة، أصبح حاصل ضرب hNA له قيمة دقيقة بحكم التعريف.) [ 7 ] : 143. في المقابل، قبل المراجعة مباشرة، كانت قيمة ثابت أفوجادرو NA المقاسة تساوي 4.5 × 10⁻¹⁰ .6.022 140 758 (62) × 10 23  مولًا مقلوبًا ، وهو ما يتوافق مع عدم يقين معياري نسبي قدره1.0 × 10 −8 . لاحظ أنه قبل المراجعة مباشرة، كان ناتج hNA معروفًا بدقة أكبر بكثير من كل من h أو N A على حدة [ 7 ] : 139 .

مراجع

  1. 1 2 الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (1980). "الأوزان الذرية للعناصر 1979" (ملف PDF) . الكيمياء البحتة والتطبيقية 52 (10): 2349-84 . doi : 10.1351/pac198052102349 .
  2. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (1993). الكميات والوحدات والرموز في الكيمياء الفيزيائية ، الطبعة الثانية، أكسفورد: بلاكويل ساينس. ISBN 0-632-03583-8ص 41. نسخة إلكترونية. 
  3. 1 2 المكتب الدولي للأوزان والمقاييس (20 مايو 2019)، النظام الدولي للوحدات (SI) (ملف PDF) ( الطبعة التاسعة)، ISBN  978-92-822-2272-0تمت أرشفة هذا النص من النسخة الأصلية بتاريخ 18 أكتوبر 2021
  4. ↑ "قيمة CODATA لعام 2022: الكتلة المولية للكربون-12" . مرجع المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) للثوابت والوحدات وعدم اليقين . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . مايو 2024. تاريخ الاسترجاع : 18 مايو 2024 .
  5. ↑ تيسينغا، إيتي؛ موهر، بيتر جيه؛ نيويل، ديفيد بي؛ تايلور، باري إن. (30 يونيو 2021). " القيم الموصى بها من قِبل CODATA للثوابت الفيزيائية الأساسية: 2018" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 93 (2) 025010. Bibcode : 2021RvMP...93b5010T . doi : 10.1103/RevModPhys.93.025010 . PMC 9890581. PMID 36733295 .  
  6. ↑ "عدم اليقين المعياري وعدم اليقين المعياري النسبي" . مرجع CODATA . المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST) . مؤرشف من الأصل في 24 يوليو 2023. تم الاطلاع عليه في 30 أغسطس 2023 .
  7. 1 2 موهر، بيتر جيه؛ نيويل، ديفيد بي؛ تايلور، باري إن؛ تيسينغا، إيتي (1 فبراير 2018). "البيانات والتحليلات الخاصة بتعديل الثوابت الأساسية CODATA 2017" . مجلة القياسات . 55 (1): 125-146 . doi : 10.1088/1681-7575/aa99bc .
  8. ↑ تعريف عينة العنصر
  9. ^ دي بيفر ، بول. بيسر، هـ. ستيفن (1992). ""الوزن الذري" - الاسم، تاريخه، تعريفه، ووحداته" (ملف PDF) . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 64 (10): 1535-1543 . doi : 10.1351/pac199264101535 .
  10. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC )، موسوعة المصطلحات الكيميائية ، الطبعة الخامسة (الكتاب الذهبي) (2025). النسخة الإلكترونية: (2006 – ) " الكتلة الذرية النسبية ". doi : 10.1351/goldbook.R05258
  11. ↑ كتاب الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الذهبي – الوزن الذري
  12. ↑ كتاب الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الذهبي – الكتلة الذرية النسبية (الوزن الذري)، A r
  13. ↑ الكتاب الذهبي للاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية – وحدة الكتلة الذرية الموحدة
  14. ↑ غرينوود، نورمان ن.؛ إيرنشو، آلان (1984). كيمياء العناصر . أكسفورد: مطبعة بيرغامون . ص 21، 160. ISBN  978-0-08-022057-4.
  15. ↑ الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (2003). "الأوزان الذرية للعناصر: مراجعة 2000" (ملف PDF) . الكيمياء البحتة والتطبيقية 75 (6): 683-800 . doi : 10.1351/pac200375060683 . S2CID 96800435 . 
  16. ↑ كتاب الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية الذهبي – الأوزان الذرية القياسية
  17. ↑ المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . الأوزان الذرية والتركيبات النظائرية لجميع العناصر .
  18. 1 2 وابسترا، أ.هـ؛ أودي، ج.؛ ثيبو، س. (2003)، تقييم الكتلة الذرية AME2003 ( نسخة إلكترونية)، المركز الوطني لبيانات الطاقة النووية بناءً على:
  19. 1 2 روزمان، كيه جيه آر؛ تايلور، بي دي بي (1998). "التركيب النظائري للعناصر 1997" (ملف PDF) . الكيمياء البحتة والتطبيقية . 70 (1): 217-235 . doi : 10.1351/pac199870010217 .
  20. ↑ كوبلين، تي بي؛ وآخرون (2002)، "تغيرات الوفرة النظائرية لعناصر مختارة" (ملف PDF) ، الكيمياء البحتة والتطبيقية ، 74 (10): 1987-2017 ، doi : 10.1351/pac200274101987 
  21. ↑ ميخا، جوريس؛ ميستر، زولتان (2008). "انتشار عدم اليقين في نتائج قياس الوزن الذري". مجلة القياسات . 45 (1): 53-62 . رمز Bibcode : 2008Metro..45...53M . doi : 10.1088/0026-1394/45/1/008 . S2CID 122229901 . 
  22. ↑ هولدن، نورمان إي. (2004). "الأوزان الذرية واللجنة الدولية - مراجعة تاريخية" . مجلة الكيمياء الدولية . 26 (1): 4-7 .
  23. ↑ "التغييرات في الجدول الدوري" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2019-07-15.

للمزيد من القراءة