Относительная атомная масса

Относительная атомная масса – это масса атома, выраженная в атомных единицах массы (а. е. м.). Относительную атомную массу принято абозначать как  A_r. Большинство природных химических элементов представляют собой смесь изотопов, поэтому за относительную атомную массу элемента принимают среднее значение относительной атомной массы природной смеси его изотопов с учетом их содержания в земных условиях. Именно эти значения и приведены в Периодической системе. Например, кислород имеет три изотопа ¹⁶О,¹⁷О и ¹⁸О, их атомные массы и содержание  в природной смеси приведены в таблице 1.

Среднее значение атомной массы с учетом вклада каждого изотопа вычисляется по следующей формуле:

A_r = Σ A_r,i × n_i, где A_r,i – атомные массы соответствующих изотопов, n_i – содержание их в природной смеси (в мольных долях).

Подставляя в эту формулу соответствующие значения из таблицы 1 для атомной массы кислорода, получаем:

Ar = 15,995×0,99759+ 16,999×0,00037 + 17,999×0,0024 = 15,999 а.е.м.

Обратите внимание, что атомная масса и массовое число – совершенно различные понятия: первое – масса атома в а.е.м., а второе – число нуклонов в ядре. Атомная масса – дробная величина (имеет целое значение только для изотопа ¹²С), в отличие от массового числа, которое всегда является целым.

Численно эти величины очень близки. Например, для водорода атомная масса равна 1,0078, а массовое число равно 1, для гелия атомная масса равна 4,0026, а массовое число – 4.

Относительные атомные массы имеют дробные значения по следующим причинам:

• Большинство элементов, существующих в природе, представляют смесь нескольких изотопов. И в Периодической системе указывается среднее значение относительной атомной массы смеси природного изотопного состава.
• Для моноизотопных элементов (например, ²³Na) это значение будет также дробным, так как масса нуклонов, выраженная в а.е.м. не является целым числом (см. таблицу 1) и при образовании ядра часть массы нуклонов переходит в энергию, в соответствии с уравнением

E_связи = Δm×c²,   где с = 3×10⁸ м/с – скорость света в вакууме.

При образовании любой связи всегда выделяется энергия, на что расходуется часть массы связывающихся частиц. В случае образования химических связей эта величина очень мала, поэтому  изменением массы здесь пренебрегают и считают, что масса образовавшейся частицы равна сумме масс частиц, участвующих в ее образовании. При образовании же ядра, выделяется очень большая энергия, и дефект массы хорошо заметен.