Massa atômica relativa - Relative atomic mass
Massa atômica relativa (símbolo: A r ) ou peso atômico é uma quantidade física adimensional definida como a razão entre a massa média dos átomos de um elemento químico em uma determinada amostra e a constante de massa atômica . A constante de massa atômica (símbolo: m u ) é definida como sendo1/12da massa de um átomo de carbono-12 . Uma vez que ambas as quantidades na razão são massas, o valor resultante é adimensional; portanto, o valor é considerado relativo .
Para uma única amostra, a massa atômica relativa de um determinado elemento é a média aritmética ponderada das massas dos átomos individuais (incluindo seus isótopos ) que estão presentes na amostra. Essa quantidade pode variar substancialmente entre as amostras porque a origem da amostra (e, portanto, sua história radioativa ou história de difusão) pode ter produzido combinações únicas de abundâncias isotópicas . Por exemplo, devido a uma mistura diferente de isótopos de carbono-12 e carbono-13 estáveis, uma amostra de carbono elementar de metano vulcânico terá uma massa atômica relativa diferente daquela coletada de tecidos vegetais ou animais.
A quantidade mais comum e mais específica conhecida como peso atômico padrão ( A r, padrão ) é uma aplicação dos valores de massa atômica relativa obtidos de várias amostras diferentes. Às vezes é interpretado como o intervalo esperado dos valores de massa atômica relativa para os átomos de um determinado elemento de todas as fontes terrestres, com as várias fontes sendo retiradas da Terra . "Peso atômico" é frequentemente usado de forma vaga e incorreta como sinônimo de peso atômico padrão (incorretamente porque os pesos atômicos padrão não são de uma única amostra). O peso atômico padrão é, no entanto, a variante mais amplamente publicada da massa atômica relativa.
Além disso, o uso contínuo do termo "peso atômico" (para qualquer elemento) em oposição a "massa atômica relativa" atraiu uma controvérsia considerável desde pelo menos os anos 1960, principalmente devido à diferença técnica entre peso e massa na física. Ainda assim, ambos os termos são oficialmente sancionados pela IUPAC . O termo "massa atômica relativa" agora parece estar substituindo "peso atômico" como o termo preferido, embora o termo " peso atômico padrão " (em oposição ao mais correto " massa atômica relativa padrão ") continue a ser usado.
Definição
A massa atômica relativa é determinada pela massa atômica média, ou a média ponderada das massas atômicas de todos os átomos de um elemento químico específico encontrado em uma amostra específica, que é então comparada à massa atômica do carbono-12. Essa comparação é o quociente dos dois pesos, o que torna o valor adimensional (sem unidade). Este quociente também explica a palavra relativa : o valor da massa da amostra é considerado em relação ao do carbono-12.
É um sinônimo de peso atômico, embora não deva ser confundido com massa isotópica relativa . A massa atômica relativa também é freqüentemente usada como sinônimo de peso atômico padrão e essas quantidades podem ter valores sobrepostos se a massa atômica relativa usada for a de um elemento da Terra sob condições definidas. No entanto, a massa atômica relativa (peso atômico) ainda é tecnicamente distinta do peso atômico padrão devido à sua aplicação apenas aos átomos obtidos de uma única amostra; também não se restringe a amostras terrestres, enquanto o peso atômico padrão calcula a média de várias amostras, mas apenas de fontes terrestres. Massa atômica relativa é, portanto, um termo mais geral que pode se referir mais amplamente a amostras retiradas de ambientes não terrestres ou ambientes terrestres altamente específicos que podem diferir substancialmente da média da Terra ou refletir diferentes graus de certeza (por exemplo, em número de algarismos significativos ) do que aqueles refletidos em pesos atômicos padrão.
Definição atual
As definições prevalecentes da IUPAC (retiradas do " Livro de ouro ") são:
- peso atômico - Veja: massa atômica relativa
e
- massa atômica relativa (peso atômico) - A razão entre a massa média do átomo e a unidade de massa atômica unificada.
Aqui, a "unidade de massa atômica unificada" refere-se a 1 ⁄ 12 da massa de um átomo de 12 C em seu estado fundamental .
A definição IUPAC de massa atômica relativa é:
- Um peso atômico (massa atômica relativa) de um elemento de uma fonte especificada é a razão da massa média por átomo do elemento para 1/12 da massa de um átomo de 12 C.
A definição especifica deliberadamente " Um peso atômico ...", pois um elemento terá diferentes massas atômicas relativas dependendo da fonte. Por exemplo, o boro da Turquia tem uma massa atômica relativa menor do que o boro da Califórnia , por causa de sua composição isotópica diferente . No entanto, dado o custo e a dificuldade da análise de isótopos , é prática comum substituir os valores tabulados de pesos atômicos padrão , que são onipresentes em laboratórios químicos e que são revisados bienalmente pela Comissão de Abundâncias Isotópicas e Pesos Atômicos da IUPAC (CIAAW) .
Uso histórico
Escalas históricas relativas mais antigas (pré-1961) baseadas na unidade de massa atômica (símbolo: amu ou amu ) usavam a massa isotópica relativa do oxigênio-16 ou então a massa atômica relativa do oxigênio (isto é, peso atômico) para referência. Veja o artigo sobre a história da unidade de massa atômica unificada moderna para a resolução desses problemas.
Peso atômico padrão
A comissão CIAAW da IUPAC mantém um valor de intervalo de expectativa para a massa atômica relativa (ou peso atômico) na Terra denominado peso atômico padrão. O peso atômico padrão requer que as fontes sejam terrestres, naturais e estáveis em relação à radioatividade. Além disso, existem requisitos para o processo de pesquisa. Para 84 elementos estáveis, CIAAW determinou este peso atômico padrão. Esses valores são amplamente publicados e referidos vagamente como 'o' peso atômico dos elementos para substâncias da vida real, como produtos farmacêuticos e comércio.
Além disso, o CIAAW publicou valores abreviados (arredondados) e valores simplificados (para quando as fontes terrestres variam sistematicamente).
Outras medidas da massa dos átomos
Massa atômica ( m a ) é a massa de um único átomo, com unidade Da ou u (o dalton ). Ele define a massa de um isótopo específico, que é um valor de entrada para a determinação da massa atômica relativa. Um exemplo para trêsisótopos de silício é dado abaixo.
A massa isotópica relativa é especificamente a razão entre a massa de um único átomo e a massa de uma unidade de massa atômica unificada. Este valor também é relativo e, portanto, adimensional.
Determinação da massa atômica relativa
As massas atômicas relativas modernas (um termo específico para uma determinada amostra de elemento) são calculadas a partir de valores medidos de massa atômica (para cada nuclídeo ) e composição isotópica de uma amostra. Massas atômicas altamente precisas estão disponíveis para praticamente todos os nuclídeos não radioativos, mas as composições isotópicas são mais difíceis de medir com alta precisão e mais sujeitas a variações entre as amostras. Por esta razão, as massas atômicas relativas dos 22 elementos mononuclídicos (que são as mesmas que as massas isotópicas para cada um dos nuclídeos de ocorrência natural únicos desses elementos) são conhecidas com precisão especialmente alta. Por exemplo, há uma incerteza de apenas uma parte em 38 milhões para a massa atômica relativa do flúor , uma precisão que é maior do que o melhor valor atual para a constante de Avogadro (uma parte em 20 milhões).
| Isótopo | Massa atômica | Abundância | |
|---|---|---|---|
| Padrão | Faixa | ||
| 28 Si | 27,976 926 532 46 (194) | 92,2297 (7)% | 92,21-92,25% |
| 29 Si | 28,976 494 700 (22) | 4,6832 (5)% | 4,67–4,69% |
| 30 Si | 29,973 770 171 (32) | 3,0872 (5)% | 3,08–3,10% |
O cálculo é exemplificado para o silício , cuja massa atômica relativa é especialmente importante em metrologia . O silício existe na natureza como uma mistura de três isótopos: 28 Si, 29 Si e 30 Si. As massas atômicas desses nuclídeos são conhecidas com uma precisão de uma parte em 14 bilhões para o 28 Si e cerca de uma parte em um bilhão para os outros. No entanto, a faixa de abundância natural para os isótopos é tal que a abundância padrão só pode ser dada a cerca de ± 0,001% (ver tabela).
O cálculo é o seguinte:
- A r (Si) = (27,976 93 × 0,922297) + (28,976 49 × 0,046832) + (29,973 77 × 0,030872) = 28,0854
A estimativa da incerteza é complicada, especialmente porque a distribuição da amostra não é necessariamente simétrica: as massas atômicas relativas padrão IUPAC são cotadas com incertezas simétricas estimadas e o valor para o silício é 28,0855 (3). A incerteza padrão relativa neste valor é 1 × 10 –5 ou 10 ppm.
Além dessa incerteza por medição, alguns elementos têm variação sobre as fontes. Ou seja, diferentes fontes (água do oceano, rochas) têm uma história radioativa diferente e, portanto, uma composição isotópica diferente. Para refletir essa variabilidade natural, o IUPAC tomou a decisão em 2010 de listar as massas atômicas relativas padrão de 10 elementos como um intervalo em vez de um número fixo.
Veja também
- Possolo, Antonio; van der Veen, Adriaan MH; Meija, Juris; Brynn Hibbert, D. (04/01/2018). "Interpretando e propagando a incerteza dos pesos atômicos padrão (Relatório Técnico IUPAC)" . Recuperado em 08/02/2019 .
- União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC)
- Comissão de Abundâncias Isotópicas e Pesos Atômicos (CIAAW)