原子量：微观世界的质量密码

在化学的奇妙世界里，原子量是一个极为重要的概念，它犹如一把神秘的钥匙，帮助我们打开微观世界的大门，深入理解物质的构成与化学反应的本质。今天，就让我们一同探寻原子量的奥秘。​
原子量的基本概念​
原子的质量非常小，小到难以想象。例如，一个氢原子的实际质量仅有 1.674×10⁻²⁷千克。倘若我们直接使用实际质量来描述原子，那将会面临诸多不便。因此，化学学科的权威机构 “国际理论和应用化学组织”（IUPAC）规定，以一个碳 - 12 原子质量的 1/12（约 1.66×10⁻²⁷千克）作为一个单位，每种元素的原子量以这个单位的倍数表示。如此一来，氢原子的原子量约为这个单位的 1 倍，所以它的原子量就是 1；同理，碳原子的原子量为 12，氧原子的原子量为 16。​
然而，仔细观察元素周期表就会发现，除了少数元素的原子量是整数外，多数元素的原子量都是小数。这是因为许多元素家族中存在多种原子，它们互称为同位素。以氢元素为例，其家族中有氕、氘、氚这 3 种原子。它们的质子数均为 1，但中子数各不相同，氕、氘、氚的中子数依次为 0、1、2。由于原子的质量主要由质子质量和中子质量组成，所以氕、氘、氚的原子量分别为 1、2、3 。为了统一元素家族的原子量，IUPAC 规定，元素的原子量用家族中所有同位素的平均质量来表示，其计算方法为元素原子量乘元素的数量（这个数量被称为 “丰度”，指各种元素原子在自然界中的含量）。在自然界中，氕原子丰度为 99.98%，氘原子丰度为 0.016%，氚原子丰度为 0.004%，代入它们各自的原子量，最终算出来氢元素的原子量就是 1.00794 。​
原子量的历史演变​
原子量的确定并非一蹴而就，而是经历了漫长的历史进程。1803 年，道尔顿首先提出以氢原子质量为 1 作为原子量的标准，这就是最初的绝对质量概念。但由于氢的化合物远不如氧的化合物多，为了测定原子量的方便，后来改用氧元素的一个原子的质量为 16 作标准（实际上是氧的几种同位素的平均质量） 。然而，1927 - 1929 年间，人们发现自然界中的氧含有三种同位素，即 ¹⁶O、¹⁷O 和 ¹⁸O 。这使得以天然氧作为原子量标准变得不够完善。当时物理学界随即改用 ¹⁶O 等于 16 作为标准，但化学界仍采用天然氧等于 16 作标准，这就导致了物理学和化学上原子量标准的不一致。直到 1959 年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）提出以碳的同位素 ¹²C = 12 作为原子量的标准（即以 ¹²C 质量的 1/12 作为标准），并商得国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）的同意，于 1961 年 8 月正式决定采用碳的同位素 ¹²C = 12 作为原子量的新标准，同年发布了新的国际原子量表。​
原子量的测定方法​
原子量值的测量是化学计量中最基础性的研究。利用质谱测量同位素组成及核质量获得元素原子量，是当前国际公认的测量方法。相对质谱法是利用质谱仪让被测样品中的元素产生带正电荷的离子，正离子先后通过电场和磁场后发生偏转，根据质荷比相同的离子聚焦在一处的原理，区分不同同位素离子，进而求出同位素的相对丰度，最终计算出该元素的原子量。绝对质谱法则是采用已知的浓缩同位素试剂，通过称重法配制人工合成混合样品来测量质谱仪器的质量偏倚校正系数 k，然后在相同测量条件下，用校正过的质谱仪器去测量天然样品，求得同位素丰度的绝对值，从而计算得到元素的原子量。