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初中化学课本藏了个坑:氢的相对原子质量,为什么不是2?

初中化学课本藏了个坑:氢的相对原子质量,为什么不是2?

氢原子核没有中子???

最近翻看初中化学书,若是抛弃考试或者解题的目的,发现其中不懂的地方真是非常多。
在《原子结构》这一节,课本提到原子核一般由质子和中子构成。这也是我们大家所熟知的。但是其实课本这里就给自己留下了余地:一般是由质子和中子构成,那不一般呢?
在下面的内容中提到了相对原子质量:书中写到:原子的质量很小,1个氢原子的质量约为1.67×10-27Kg。
然后在下方还给了一个表格3-2.
并且写道:构成原子的质子,中子的相对质量都约等于1;与质子,中子相比,电子的质量很小,整个原子的质量主要集中在原子核上。
那么问题就出现了:构成原子的质子,中子的相对质量都约等于1,且整个原子的质量集中在原子核上,那么其实一个原子核(一个原子)的相对质量应该约等于2。即氢原子的相对原子质量应该为2。但是从上述氢原子的质量(1.67*10-27Kg)以及元素周期表中查到的相对原子质量(1.008),都可以看出差别很大,根本不是误差所能解释的。
这是为什么呢?
原因是:
普通氢原子(氕,1 H):原子核里只有 1 个质子,没有中子!
在上述想法的基础上,再次看元素周期表会发现一些很有趣的现象。
这里不考虑同位素以及丰度,我们会发现:很多较轻元素的质子数和中子数大致相等,因此质量数约等于质子数的2倍,相对原子质量也大致接近这个数。于是有时可以粗略估计某个轻元素的质量数或相对原子质量,但这只是简单猜测,不能当作准确规律。到了重元素,中子数通常明显多于质子数,就更不能这样套了。
接着我们回到前面的氢相对原子质量的问题:

1. 三种氢同位素对比

2. 元素周期表上 H 是 1.008,不是 1,为什么?

周期表上写的标准原子量,是天然存在的多种同位素的加权平均值:氢绝大部分(约99.985%)是氕 (1.0078),少量(约0.015%)氘 (2.0141),加权平均≈1.008。

3. 质量亏损(结合能)

哪怕是氘核,也就是1个质子加1个中子,也不是简单相加:
质子质量 + 中子质量 > 氘原子核质量。
两个核子结合成原子核时一部分质量转化成结合能(爱因斯坦质能方程),所以原子核质量不等于质子、中子简单相加。
单独质子 + 中子总质量≈2.01594 u
合成氘核后,原子核质量≈2.0136 u
差出来那一点点就是质量亏损。
总之,原子实际质量不是质子中子简单相加,还有质量亏损;周期表上的原子量,是多种同位素的加权平均值。这样再看“氢是1.008而不是2”,就不奇怪了。

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