1. 元素、原子序數(shù)和元素符號(hào)
具有一定核電荷數(shù)的原子稱(chēng)為一種化學(xué)元素。按元素的核電荷數(shù)進(jìn)行排序,所得序號(hào)叫做原子序數(shù)。例如,1號(hào)元素是氫、8號(hào)元素是氧。每一種元素有一個(gè)用拉丁字母表達(dá)的元素符號(hào)。在不同場(chǎng)合,元素符號(hào)就可以代表一種元素,或者該元素的一個(gè)原子,也可代表該元素的1摩爾原子。
2. 核素、同位素和同位素豐度
具有一定質(zhì)子數(shù)和一定中子數(shù)的原子稱(chēng)為一種核素。核素分為兩類(lèi):一類(lèi)是穩(wěn)定核素,它們的原子核是穩(wěn)定的;另一種是放射性核素,它們?cè)雍瞬环€(wěn)定,會(huì)自發(fā)釋放出某些亞原子微粒(α、β)而變?yōu)榱硪环N核素。在自然界,有的元素只有一種穩(wěn)定核素,稱(chēng)為單核素元素,有的元素有幾種穩(wěn)定的核素(半衰期特別長(zhǎng)的天然放射性同位素也常認(rèn)作穩(wěn)定核素),稱(chēng)為多核素元素。通常用元素符號(hào)左上下角添加數(shù)字作為核素符號(hào)。核素符號(hào)左下角的數(shù)字是該核素的原子核里的質(zhì)子數(shù),左上角的數(shù)字稱(chēng)為該元素的質(zhì)量數(shù),即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和。
具有相同核電荷數(shù)、不同中子數(shù)的核素屬于同一種元素,在元素周期表里占據(jù)同一個(gè)位置,互稱(chēng)同位素。
某元素的各種天然同位素的分?jǐn)?shù)組成稱(chēng)為同位素豐度。例如,氧同位素豐富為:f(16O)=99.76%,f(17O)=0.04%,f(18O)=0.20%,而單核素元素,如氟、同位素豐度為f(19F)=100%。有些元素的同位素豐度隨樣本不同而漲落,通常所說(shuō)的同位素豐度是指從地殼(包括巖石、大氣和水)為取樣范圍多樣本平均值。若取樣范圍擴(kuò)大,需特別說(shuō)明。
3. 原子的質(zhì)量
構(gòu)成原子的質(zhì)子、中子和電子的質(zhì)量都很小,因而一個(gè)原子的質(zhì)量很?。?/p>
質(zhì)子的靜止質(zhì)量為1.672649 1×10-24g
中子的靜止質(zhì)量為1.647 954 7×10-24g
電子的靜止質(zhì)量為9.109 537×10-28g
大多數(shù)科學(xué)研究,原子質(zhì)量的實(shí)際意義不大。況且,一個(gè)原子的質(zhì)量不等于構(gòu)成它的質(zhì)子和中子的質(zhì)量的簡(jiǎn)單加和。例如。1摩爾氘原子的質(zhì)量比1摩爾質(zhì)子和1摩爾中子的質(zhì)量和小0.004 312 25g。這一差值被稱(chēng)為質(zhì)量虧損,等于核子結(jié)合成原子釋放出來(lái)的能量——結(jié)合能。
結(jié)合能通常用百萬(wàn)電子伏特(MeV)單位。核子結(jié)合成原子釋放出1MeV結(jié)合能相當(dāng)于1.782 676×10-27g質(zhì)量虧損。不同數(shù)量的核子結(jié)合成原子釋放出來(lái)的結(jié)合能與核子的數(shù)量不成比例,因而產(chǎn)生了比例結(jié)合能的概念。比結(jié)合能是某原子核的結(jié)合能除以其核子數(shù),相當(dāng)于平均分?jǐn)偟皆撛雍嗣總€(gè)核子的結(jié)合能。原子核質(zhì)量數(shù)為30~100時(shí),比結(jié)合能最大。比結(jié)合能越大,表明原子核越穩(wěn)定。。
以原子質(zhì)量單位u為單位的某核素一個(gè)原子的質(zhì)量稱(chēng)為該核素的原子質(zhì)量,簡(jiǎn)稱(chēng)原子質(zhì)量。1u等于核素12C的原子質(zhì)量的1/12。
1u=1.660566(9)×10-24g
4. 元素的相對(duì)原子質(zhì)量(原子量)
元素的相對(duì)原子質(zhì)量,是指一種元素的1摩爾質(zhì)量對(duì)核素12C的1摩爾質(zhì)量的1/12的比值。
這個(gè)定義表明:
元素的相對(duì)原子質(zhì)量是純數(shù)。
單核素元素的相對(duì)原子質(zhì)量等于該元素的核素的相對(duì)原子質(zhì)量。
多核元素的相對(duì)原子質(zhì)量等于該元素的天然同位素相對(duì)原子質(zhì)量的加權(quán)平均值。
用Ar代表多核素元素的相對(duì)原子質(zhì)量,則:
Ar=ΣfiMr,i
其中:fi——同位素豐度
Mr,i——同位素相對(duì)原子質(zhì)量
自從1935年開(kāi)始利用質(zhì)譜儀測(cè)定相對(duì)原子質(zhì)量以來(lái),人們能夠用質(zhì)譜儀及其準(zhǔn)確地獲得大多數(shù)核素的相對(duì)質(zhì)量,但至今許多元素的額相對(duì)原子質(zhì)量仍必須以化學(xué)測(cè)量方法為基礎(chǔ),測(cè)量元素的相對(duì)原子質(zhì)量仍不能離開(kāi)化學(xué)家,當(dāng)然,只需要極少數(shù)化學(xué)家來(lái)從事這項(xiàng)工作。
單核素元素只有一種同位素,因而它們的相對(duì)原子質(zhì)量十分準(zhǔn)確。它們是Be、Na、F、Al、P,Sc,Mn,Co,As.Y,Nb,Rh,I,Cs,Pr,Ho,Tm,Au和Bi共計(jì)20種元素。
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