|基本粒子5︱如何测量原子的质量和体积？相对原子质量的来历( 二 )

上图就给出了一些元素的相对原子质量，可以看出今天的值和道尔顿当年测量的值相差很大，需要注意的是，今天的相对原子质量不在是以氢的原子质量为基准的，而是以碳12原子质量的1/12为基准测量出来的。其实碳12原子质量的1/12和氢的原子质量非常接近，但还是有0.8%的差别。
所以接下来的问题是，人们是怎样知道化合物的分子式的？这是精确测量相对原子质量的关键。
在道尔顿提出相对原子质量没过多久，也就是1808年，法国人盖吕萨克就写了一篇论文，文中说，两种气体元素化合的时候，除了按一定的质量比，还按照一定的体积比化合，比如两份体积的氢，再加一份体积的氧，就可以化合成两份体积的水蒸汽。这叫体积组成定律。
到了1811年，阿伏伽德罗就对这个定律做出了这样解释，他假定在相同的温度和压强下，两种体积相等的气体，具有相等数量的气体粒子，也就是说1升氢气和一升氧气的分子数量是一样的。
那么根据这这个假设，阿伏伽德罗就推算出了水的化学式是H?O ，因为2升氢气会消耗1升的氧气，这就说明在水的分子中，氢原子的数量是氧原子数量的2倍。
还有1升的氮气会消耗掉3升的氢气生成氨气，这就说明在氨分子中氢原子的数量是氮原子的3倍。所以氨的化学式就是NH? 。
通过阿伏伽德罗的假设，我们就能判断出化合物正确分子式，如果再能准确测量出参与反应的元素的与生成化合物的质量比，那么我们就能确定大部分的原子的相对原子质量了。
相对原子质量知道了，那相对分子质量也就知道了，就是相对原子质量之和，比如水的分子量就是2+16 。
这里我们再说一个非常重要的单位叫摩尔质量，它的定义是， 1摩尔就等于分子量的克数，比如说， 1摩尔的氢气是2克， 1摩尔的水是18克，也就是分子量是多少，一摩尔就是多少克，这样的规定就意味着一摩尔的任何物质都有相同的分子或者是原子数，而这个数就叫阿伏伽德罗常数。后面我们再说到电解的时候还会再提到这个问题。下面我们再说最后一个问题，相对原子质量为什么不是整数？先看一个表。
在表中可以看出，就算以碳12原子质量的1/12为基准，算出的原子相对质量表。就连碳的相对原子质量也不是整数，而是12.011 ，为什么会这样？
其实这个问题一开始也困扰着科学家，因为有些原子的相对质量它比较接近整数，给人的感觉好像是，原子都是由某些整数倍的基本粒子组成的。你看氢的相对原子质量是1.0079 ，非常接近1 ，还有很多的原子的相对质量是这样的。
我们现在知道这个猜测其实是正确的，原子确实是由某些整数倍的基本粒子组成的，我们知道是质子和中子。
但是有些原子的相对原子质量就不接近整数，偏差就比较大，比如氯元素35.45 ，这就和上面的猜测出现了矛盾，所以人们就想，我们算出来的相对原子质量可能不是这个元素中所有原子的相对原子质量，而是一个平均值。
其实这个猜测也是正确的，现在我们知道几乎所有的元素都有好几种不同形式的原子，它们叫同位素，之所以取这样的名字是因为它们的化学性质是一样的，区别是相对原子质量不同，所以化学家索迪在1910年就认为应该把化学性质相同的元素，放在化学周期表的同一格子里，所以就取名叫同位素。
同位素的发现主要是因为人们先发现了元素的放射性，因为放射性可以产生很多元素的变种，比如混在铀矿石中的铅元素，人们就发现这些铅也具有放射性，但是和普通铅在化学性质上却没办法区分，只是相对于原子质量不同。
随后人们就在放射性元素中发现了大量的同位素，就猜测同位素可能是放射性元素的特例，并不会出现在普通元素当中。
很明显，这回猜错了！1913年汤姆逊在做阳极射线的时候就发现，不仅放射性元素具有同位素，普通的轻元素也有同位素，因为它发现了氖离子的两种质荷比，一个是氢的20倍，一个是氢的22倍，这就说明相对于氢来说，一个的相对于原子质量是20 ，一个是22 。
这就说明在空气中，有两种氖元素，一种原子量是22 ，一种原子量是20 ，现在我们知道它们的占比分别是10%和90% 。平均原子量算下来就是20.2 。
那么氯元素也是一样的，它的相对原子质量偏离整数，主要也是因为同位素的原因，氯有两种同位素一种是35 ，一种是37 ，占比分别是77.5%和22.5% ，算下来大约也就是35.45这个平均相对原子质量了。