Цивилизация
Впервые в истории химии, да и человечества, возникла необходимость изменить таблицу Менделеева (которая, к слову, используется во всем мире под названием «Периодическая таблица элементов», без указания авторства). Решение о корректировке данных принял Международный союз чистой и прикладной химии (IUPAC), устанавливающий стандарты и номенклатуру в химической науке. Циркуляр IUPAC опубликован в Pure and Applied Chemistry.
Конечно, таблица постоянно дополняется новыми элементами, но это сверхтяжелые неустойчивые трансурановые металлы, сведения о которых не являются необходимыми ни школьнику, ни специалисту, проводящему расчеты с использованием данных об атомных массах элементов. Совсем другое дело – атомные массы легких распространенных элементов. Сейчас повсеместно используются стандартные значения атомных масс, изучение которых происходило по мере открытия элементов, то есть многие из них были определены еще до открытия периодического закона и создания периодической системы.
Со школьной скамьи мы помним, что атомные массы – нецелые числа.
Однако мало кто помнит, почему это так. Действительно, масса атома определяется числом протонов и нейтронов в ядре (масса электрона составляет 1/1836 массы протона, поэтому их число не вносит значительного вклада в массу элемента). Массы протона и нейтрона равны — именно они приняты за атомную единицу массы. Кажется, что и атомные массы, выраженные в атомных единицах массы, должны быть одинаковыми. Однако это не так: элементы существуют в виде разных изотопов, которые отличаются по числу нейтронов, то есть именно по массе. В таблице Менделеева приводится усредненная масса, определяющаяся тем, какова доля того или иного изотопа в земной коре.
«Почти полтора века мы пользуемся стандартным набором атомных весов, определенных дедовскими методами. Однако методы аналитической химии динамично развиваются: не так давно выяснилось, что атомные массы элементов получаются разными в зависимости от участка земной коры, где происходило извлечение химического элемента», — пояснил Майкл Визер, секретарь комиссии IUPAC по атомным массам.
Уточнение значения атомной массы не праздная научная задача.
Даже незначительные изменения значений весьма важны как для решения исследовательских задач, так и для практических вычислений.
В частности, знание точного изотопного состава «среднего» углерода необходимо для установления стандартов на определение качества пищи, особенностей происхождения продуктов питания. Изотопный состав простых газообразных веществ и элементов, составляющих атмосферные газы, исследуют для мониторинга миграции веществ-загрязнителей в гидросфере и атмосфере.
Знать точную атомную массу нужно даже для эффективного допинг-контроля.
Дело в том, что изотопные составы человеческого и синтетического тестостерона отличаются. Искусственный гормон получают из соевых бобов, в которых атомная масса углерода и водорода не совпадает с таковой в человеческом теле. Достаточно взять пробу мочи спортсмена и измерить соответствующие значения. Углерод и водород, полученные организмом из соевых бобов, будут иметь один профиль, а элементы человеческого тестостерона, который синтезируется из холестерина, другой.
Использование современных аналитических методов выявило необходимость
внести изменения в приводимые в таблице Менделеева массы десяти элементов: водорода, лития, бора, углерода, азота, кислорода, кремния, серы, хлора и таллия.
Новые значения более точно отражают распределение изотопов элементов в земной коре.
Для отражения различий в изотопном составе элемента в зависимости от местонахождения IUPAC предложил выражать массы этих элементов в виде интервалов, отвечающих аналитически наблюдаемому разбросу. Например, в современных таблицах указана масса серы в 32,07; а в новую таблицу будет внесен интервал 32,059–32,076. Так «пользователи» будут видеть, что атомная масса зависит от источника вещества, содержащего целевой элемент. Точное знание атомной массы, таким образом, в ряде случаев поможет точно установить происхождение образца.
Нововведение внесет некоторую сумятицу в работу преподавателей химии, признают в IUPAC. Для решения задач по химии учащимися и быстрой оценки верности численного решения необходимо использовать конкретное значение атомной массы любого элемента.