표준 원자량

3. 상대 원자 질량 결정 방법

현대의 상대 원자 질량(특정 원소 시료에 대한 용어)은 각 핵종의 원자 질량과 시료의 동위 원소 조성을 측정한 값으로부터 계산된다.^[8][9]

3. 1. 단일 핵종 원소

이 계산은 계량에서 상대 원자 질량이 특히 중요한 규소에 대해 예시로 제시된다. 규소는 자연계에 ²⁸Si, ²⁹Si, ³⁰Si의 세 가지 동위 원소의 혼합물로 존재한다. 이들 핵종의 원자 질량은 ²⁸Si의 경우 140억 분의 1, 나머지는 약 10억 분의 1의 정밀도로 알려져 있다. 그러나 동위 원소의 자연 존재비 범위는 표준 존재비를 약 ±0.001%로만 표시할 수 있을 정도로 크다(표 참조).

계산은 다음과 같다.

:''A''_r(Si) = (27.97693 × 0.922297) + (28.97649 × 0.046832) + (29.97377 × 0.030872) = 28.0854

측정 불확도의 추정은 복잡하며,^[10] 특히 시료 분포가 반드시 대칭적이지 않기 때문이다. IUPAC 표준 상대 원자 질량은 추정된 대칭 불확도와 함께 인용되며,^[11] 규소의 값은 28.0855(3)이다. 이 값의 상대 표준 불확도는 1×10^-5 또는 10 ppm이다. 이러한 자연적 변동성을 더 잘 반영하기 위해, 2010년 IUPAC는 10개 원소의 상대 원자 질량을 고정된 숫자가 아닌 구간으로 나열하기로 결정했다.^[12]

3. 2. 계산 예시: 규소 (Si)

이 계산은 계량에서 상대 원자 질량이 특히 중요한 규소(Si)에 대해 예시로 제시된다. 규소는 자연계에 ²⁸Si, ²⁹Si, ³⁰Si의 세 가지 동위 원소의 혼합물로 존재한다. 이들 핵종의 원자 질량은 ²⁸Si의 경우 140억 분의 1, 나머지는 약 10억 분의 1의 정밀도로 알려져 있다. 그러나 동위 원소의 자연 존재비 범위는 표준 존재비를 약 ±0.001%로만 표시할 수 있을 정도로 크다(표 참조).

계산은 다음과 같다.

:''A''_r(Si) = (27.97693 × 0.922297) + (28.97649 × 0.046832) + (29.97377 × 0.030872) = 28.0854

측정 불확도의 추정은 복잡하며,^[10] 특히 시료 분포가 반드시 대칭적이지 않기 때문이다. IUPAC 표준 상대 원자 질량은 추정된 대칭 불확도와 함께 인용되며,^[11] 규소의 값은 28.0855(3)이다. 이 값의 상대 표준 불확도는 10^-5 또는 10 ppm이다. 이러한 자연적 변동성을 더 잘 반영하기 위해, 2010년 IUPAC는 10개 원소의 상대 원자 질량을 고정된 숫자가 아닌 구간으로 나열하기로 결정했다.^[12]

4. 표준 원자량 표기법 및 종류

국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC)은 각 안정적인 화학 원소에 대해 "표준 원자량"이라는 공식 값을 발표한다.^[16] 이 값은 지각과 대기의 지역 환경에 있는 원소들의 상대 원자 질량에 대한 권장 값으로 정의되며,^[2] 질량 계산 등에 사용된다. 표준 원자량 값은 격년(홀수 해)으로 업데이트된다. 예를 들어 2015년에는 이터븀의 원자량이 업데이트되었고,^[16] 2017년에는 아르곤을 포함한 14개 원소의 값이 변경되었다.^[17][18]

표준 원자량은 주로 두 가지 방식으로 표기된다.

• 단일 값과 불확실성: 네온의 경우 20.1797(6)처럼 표기하며, 괄호 안 숫자는 마지막 자릿수의 불확실성을 나타낸다. 이 불확실성은 주로 원소의 동위 원소 분포가 자연적으로 변하는 정도를 반영한다.^[1]
• 구간 값: 붕소의 경우 [10.806, 10.821]처럼 표기하며, 이는 지구상 출처에 따라 원자량이 해당 범위 내에 존재할 수 있음을 의미한다.

4. 1. 표기법

4. 2. 요약 원자량 (Abridged Atomic Weight)

• 칼슘: ''A''_r°(Ca) = 40.078(4) → ''A''_{r, 요약}°(Ca) = 40.078
• 헬륨: ''A''_r°(He) = 4.002602(2) → ''A''_{r, 요약}°(He) = 4.0026
• 수소: ''A''_r°(H) = [1.00784, 1.00811] → ''A''_{r, 요약}°(H) = [1.0078, 1.0081]

4. 3. 관례적 원자량 (Conventional Atomic Weight)

5. 원자량 목록 (List of Atomic Weights)

국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC)은 각 안정적인 화학 원소에 대해 "표준 원자량"이라고 하는 하나의 공식 값을 발표한다.^[16] 모든 업데이트는 격년(홀수 해)으로 발표된다. 2015년에는 이터븀의 원자량이 업데이트되었으며,^[16] 2017년 기준으로 14개 원소의 원자량이 변경되었고, 아르곤의 경우 단일 숫자에서 구간 값으로 변경되었다.^[17][18]

발표된 값은 불확실성을 가질 수 있으며, 네온의 경우 20.1797(6)과 같이 표기되거나, 붕소의 경우 [10.806, 10.821]과 같이 구간으로 표시될 수 있다.

IUPAC는 이 84개의 표준 원자량 값 외에도, "요약된" 값(숫자당 최대 5자리)과 12개의 구간 값에 대한 "관례적인" 값(단일 숫자 값)도 발표한다.

기호 ''A''_r은 특정 샘플의 상대 원자 질량을 나타낸다. 구체적으로, 표준 원자량은 ''A''_r°(E)로 표기할 수 있으며, 여기서 (E)는 원소 기호이다.

6. 표준 원자량 논쟁

"원자량"이라는 용어의 사용은 과학자들 사이에서 많은 논란을 불러일으켰다.^[13] 이 용어에 반대하는 사람들은 보통 "상대 원자 질량"이라는 용어를 선호하는데, 이는 원자 질량과 혼동해서는 안 된다. 반대하는 주된 이유는 원자량이 무게가 아니라는 점이다. 즉, 중력장 내에서 물체에 작용하는 힘으로, 뉴턴이나 파운달과 같은 힘의 단위로 측정되는 것이 아니기 때문이다.^[14]

이에 대해 "원자량"이라는 용어를 지지하는 사람들은 여러 주장을 펼친다.^[13]

• 이 용어는 1808년 처음 개념이 만들어진 이후 같은 양을 나타내는 데 계속 사용되어 왔다.^[15]
• 오랫동안 원자량은 실제로 무게를 재는 방식(중량 분석)으로 측정되었으며, 물리량의 측정 방법이 바뀌었다는 이유만으로 용어를 변경하는 것은 적절하지 않다고 본다.
• "상대 원자 질량"은 특정 핵종이나 동위 원소의 질량을 나타낼 때 사용하고, "원자 ''량''"은 샘플 내 모든 원자의 원자 질량을 ''가중'' 평균한 값에 사용해야 한다고 주장한다.
• 역사적인 이유로 오해의 소지가 있는 물리량의 이름을 그대로 사용하는 경우는 드물지 않다고 지적하며, 다음과 같은 예를 든다.
• * 기전력: 실제로는 힘이 아니다.
• * 분해능: 일률이 아니다.
• * 몰 농도: 몰의 양(물질의 양)이 아니다.

7. 한국의 표준 원자량 활용

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참조

_[1] 논문 Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) https://www.iupac.or[...]
_[2] 논문 IUPAC Goldbook http://goldbook.iupa[...] 2019-07-12
_[3] 논문 The solar argon abundance 2008
_[4] 논문 Elemental and isotopic abundances of the volatile elements in the outer planets
_[5] 문서 This can be determined from the preceding figures per the definition of atomic weight and [[WP:CALC]]
_[6] 웹사이트 Atomic Weights and Isotopic Compositions for All Elements https://physics.nist[...]
_[7] 간행물 The AME2003 Atomic Mass Evaluation http://www.nndc.bnl.[...] National Nuclear Data Center
_[8] 논문 Isotopic Compositions of the Elements 1997 http://media.iupac.o[...]
_[9] 논문 Isotopic Abundance Variations of Selected Elements http://www.iupac.org[...]
_[10] 논문 Uncertainty propagation of atomic weight measurement results
_[11] 논문 Atomic Weights and the International Committee—A Historical Review https://media.iupac.[...]
_[12] 웹사이트 IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry: Atomic Weights of Ten Chemical Elements About to Change https://archive.usgs[...] 2019-07-12
_[13] 논문 'Atomic Weight' — The Name, Its History, Definition, and Units http://www.iupac.org[...]
_[14] 보고서 Atomic weight versus atomic mass controversy https://www.osti.gov[...] Brookhaven National Lab., Upton, NY (US) 1985-01-01
_[15] 서적 A New System of Chemical Philosophy https://archive.org/[...]
_[16] 웹사이트 Standard Atomic Weights 2015 http://www.ciaaw.org[...] Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights 2015-10-12
_[17] 웹사이트 Standard atomic weights of 14 chemical elements revised https://iupac.org/st[...] CIAAW 2018-06-05
_[18] 논문 Standard Atomic Weights of 14 Chemical Elements Revised 2018
_[19] 문서 align right nowrap 1 1=This list: edit template=Standard atomic weight of the elements/ciaaw-list-of-updates CIAAW may publish changes to atomic weights (including its precision and derived values). Since 1947, any update this is done in odd years nominally; the actual date of publication may be some time later.*2009 main other{{tlx|CIAAW2009}} (introducing interval notation; Ge)::{{CIAAW2009|plain}}*2011 main other{{tlx|CIAAW2011}} (interval for Br, Mg)::{{CIAAW2011|plain}}*2013 main other{{tlx|CIAAW2013}} (all elements listed)::{{CIAAW2013|plain}}*2015 main other{{tlx|CIAAW2015}} (ytterbium changed)::{{CIAAW2015|plain}}*2017 main other{{tlx|CIAAW2017}} (14 values changed): :{{CIAAW2017|plain}}*2019 (hafnium value changed): cite web|url=https://iupac.org/standard-atomic-weight-of-hafnium-revised/|title=Standard atomic weight of hafnium revised|date=2019-12-09|publisher=CIAAW|first1=Juris|last1=Meija|display-authors=et al|access-date=2020-02-25*2020 (lead value changed): cite web|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/pac-2018-0916/html|title=Variation of lead isotopic composition and atomic weight in terrestrial materials (IUPAC Technical Report)|doi=10.1515/pac-2018-0916|first1=Xiang-Kun |last1=Zhu |first2=Jacqueline |last2=Benefield |first3=Tyler B. |last3=Coplen |first4=Zhaofu |last4=Gao |first5=Norman E. |last5=Holden|date=1 October 2020::"2020" is an inconsistent year for change publication: CIAAW maintains that only odd years, changes are publicised.*2021 main other{{tlx|CIAAW2021}} (all elements listed); (4 values changed; introduced new symbol; merge "conventional" into "abridged" columns; change uncertainty notation (use "±")