概念發展
1927年~1929年
1927年~1929年間發現自然界中的氧含有三種同位素,即16O、17O和18O。根據1940年比較精確的質譜測定,自然界中三種同位素的豐度16O的含量占99.759%、17O占0.037%、18O占0.204%。因此,用天然氧作為原子量的標準就不夠完善了。當時物理學界隨即改用16O等於16作為標準,但化學界仍採用天然氧等於16作
標準。當用物理標準時,氧的各種同位素的原子量分別為:
16O=16.0000
17O=17.0045
18O=18.0049
所以自然界中氧的平均原子量應為:
16.0000×99.759%+17.0045×0.037%+18.0049×0.204%=16.0044
這樣物理學上採用的原子量和化學上沿用的原子量由於選用標準不同而出現如下比值:
也就是說兩者採用標準相差約萬分之三。
20世紀40年代後
從20世紀40年代開始,國際原子量委員會採用了1.000275作為兩種標準的換算因數,即:
物理原子量=1.000275×化學原子量
物理學和化學學科有著密切的聯繫,原子標準不同很容易引起混亂。1959年國際純粹與套用化學聯合會(IUPAC)提出以碳的同位素12C=12作為原子量的標準,(即以12C質量的1/12作為標準),並商得國際純粹與套用物理聯合會(IUPAP)的同意,於1961年8月正式決定採用碳的同位素12C=12作為原子量的新標準。同年發布了新的國際原子量表。
之所以採用12C作為原子量的標準的原因大致是:(1)碳形成很多高質量的“分子離子”和氫化物,利於測定質譜;(2)12C很容易在質譜儀中測定,而用質譜儀以測定原子量是現代最準確的方法;(3)採用12C後,所有元素的原子量都變動不大,僅比過去減少0.0043%;(4)這種碳原子在自然界的豐度比較穩定;(5)碳在自然界分布較廣,它的化合物特別是有機化合物繁多;(6)密度最小的氫的原子量仍不小於1。
原子的絕對質量很小,如果用千克來表示,很不方便。於是採用12C一個原子質量的1/12作標準,其他原子的質量跟它比較所得的值,就是這種原子的相對原子質量。
12C一個原子絕對質量×
=1.993×10-26 kg×
=1.66×10-27 kg
因此,某元素一個原子的絕對質量與相對原子質量的關係是:
相對原子質量是一個比,它的SI單位是一,符號是1。
中國研究成果
著名化學家、中國科學院院士、北京大學張青蓮教授是中國參加國際純粹與套用化學聯合會原子量與同位素豐度委員會委員。張青蓮等幾位科學工作者測定的銦、銻、鈰、銪、銥、鉺、鍺、鋅、鏑的原子量,被國際純粹與套用化學聯合會原子量與同位素豐度委員會採用為原子量數據新標準
靜止質量
所謂靜止質量是指能夠通過物理手段把一個物體降速,使之和某個認定靜止的參照系相對靜止時測量得到的質量,對於一般物體,我們都可以將其降速到和地表相對靜止,這樣測得的物體質量被稱為“靜止質量”。 同一物體的靜止質量是洛倫茲不變數。
靜止質量不是指絕對靜止狀態下測得的物體質量,因為絕對靜止根本不存在,只不過是人為認定的低速靜止狀態的物質質量而已。
靜止物體的質量被稱為靜止質量,運動物體的質量隨著其運動速度增加而增大。速度的平方除以
光速的平方,這就是將速度與質量關聯起來的因子。(見右上角公式)所以如果物體做低速運動,那么其質量的增加就非常小;然而如果物體運動的速度接近光速,那么其質量的增加就非常巨大。從公式可以看出,任何速度增加接近於光速運動的物體的質量都趨近於無窮大,因此,實體物體不可能達到或超過光速。
物體質量和運動速度的關係式見圖。如果一個物體的靜止質量是m0,那么當它的運動速度是v時,其質量m等於m0/根號下1-(v/c)^2