2019年是門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期表第150周年。本文從原子量概念的提出、原子量測量技術(shù)的發(fā)展、原子量測量的中國貢獻(xiàn)、原子量新的表述形式的出現(xiàn)等方面系統(tǒng)回顧了在過往兩百多年里元素原子量的發(fā)展歷史。 

【文章來源】：化學(xué)通報. 2020,83(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

門捷列夫于1896年發(fā)表的元素周期表

1912年,為了深入研究陰極射線的成分,英國物理學(xué)家湯姆森(J. J. Thomson)和他的助手把一束游離的氖陰極射線通過電場和磁場,并用感光版在回路上看它們的偏轉(zhuǎn),結(jié)果他們看到兩個斑點(diǎn)[16](如圖3所示),說明氖元素是由兩種質(zhì)量不同的原子(氖-20和氖-22)組成,這成為了一個元素存在不同同位素的第一個直接證據(jù)。而湯姆森用于分離氖同位素的儀器也就成為了世界上的第一臺質(zhì)譜儀。湯姆森利用該儀器測出20Ne與22Ne的比值為9,由此得到Ne的原子量為20.2,而不是通常認(rèn)為的原子量值為整數(shù)。在湯姆森的鼓勵下,他的研究助理阿斯頓(F. W. Aston)研制了具有更高質(zhì)量分辨率的質(zhì)譜儀[17]。利用此儀器,在確認(rèn)了氖元素的兩個同位素的同時又發(fā)現(xiàn)了氖元素的第三個同位素21Ne[18]。隨后,阿斯頓不斷改進(jìn)質(zhì)譜儀器性能,先后系統(tǒng)性地調(diào)查了大多數(shù)元素的同位素組成情況并建立了原子質(zhì)量的尺度,也由此為采用“物理法”測定元素原子量奠定了基礎(chǔ)。隨后,登普斯特(A. J. Dempster)發(fā)明了一種新的質(zhì)譜儀器,測定了元素鎂的同位素組成,并利用同位素豐度和同位素的整數(shù)質(zhì)量數(shù)計算得到了其原子量[19](如式(1)所示)。接著,采用類似方法,他又測量了元素鋰、鉀、鈣和鋅的原子量。隨著阿斯頓、登普斯特、班布里奇(Bainbridge)和尼爾(A. O. Nier)等先后采用質(zhì)譜法完成元素原子量的測量,化學(xué)法測量元素原子量被逐步終結(jié)[20]。2.1 相對質(zhì)譜法

“原子量”(atomic weight)這個概念的出現(xiàn)得益于英國化學(xué)家約翰·道爾頓(John Doltan)。1803年繼承古希臘樸素原子論和牛頓微粒說,道爾頓提出了自己的原子論,并于1805年發(fā)表了一個名為“relative weights of the ultimate particles of gaseous bodies”的原子量表(見圖1),其中列出了一些元素的符號和對應(yīng)的原子量,給出的原子量值均為整數(shù)[7]。他指出,同一種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。最早的原子量測量方法是基于化學(xué)測量法,即利用化學(xué)反應(yīng)測出元素的當(dāng)量,然后乘以原子價即得原子量。例如純氫與純氧化合為水,由于氧的原子量是基準(zhǔn)(當(dāng)時將氧的相對原子質(zhì)量規(guī)定為16),就可測出氫的原子量,再如氧化鐵還原為鐵,可由質(zhì)量比2Fe/Fe2O3測出Fe的原子量。其中以Ag、Cl、Br等作為副標(biāo)準(zhǔn)分析氯化物或溴化物的方法最為準(zhǔn)確:先制備出待測元素的高純的氯(溴)化物,并測定等當(dāng)量的氯(溴)化物與銀或氯(溴)化銀的質(zhì)量比。副標(biāo)準(zhǔn)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的原子量則由2NO/O2得到。這個方法的關(guān)鍵在于對樣品質(zhì)量的稱重以及所用樣品的化學(xué)純度,這將決定原子量測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3595430