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作用|铅元素标准原子量修改，元素周期表更新

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中新网北京5月15日电 “氢氦锂铍硼 ， 碳氮氧氟氖……”朋友们 ， 当你看到这行字时 ， 还能想起当年背过的元素周期表吗？有没有想起那些年被化学课支配的“恐惧”……
不过 ， 这张元素周期表可能将要发生变化了！
中国地质科学院地质研究所日前披露 ， 公认的化学命名权威机构——国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)正式发布消息 ， 将铅元素标准原子量从原来的207.2±0.1修改为[206.14, 207.94] 。
而该修订是基于中国地质科学院地质研究所朱祥坤研究员领衔的国际研究团队做出的工作成果(Zhu et al., 2021) 。

作用|铅元素标准原子量修改，元素周期表更新
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图片来源：网站截图
看到这里 ， 大概不少网友和采访人员一样“不明觉厉” ， 别着急 ， 我们仔细捋一捋 。
“铅”是一种重金属 ， 在我们的生活中发挥着重要作用：
比如燃油汽车发动机点火依靠铅蓄电池驱动 ， 在医院做CT扫描时依赖铅板保护人体不受辐射伤害……
总而言之 ， “铅”其实是我们想要避开但无法避开的元素 。
朱祥坤研究员在回应采访人员提问时 ， 通过两张图解释了前述研究成果 。
这次有关铅元素标准原子量的修订 ， 意味着人类对铅元素原子量的认识往前迈出了质的飞跃的一步 。
即由“人类对其原子量了解不够多”的铅(黄色格子)变为“人类对其原子量最大值和最小值有较为明确了解”的铅(粉红色格子)(图1和图2) 。
蓝色格子的元素：该元素只有一个稳定同位素 ， 其原子量可以通过现代的质谱仪精确测量 ， 而粉红色格子的元素 ， 存在多个稳定(或者半衰期足够长)的同位素 ， 其原子量需要同时考虑不同同位素的质量和不同同位素的相对丰度 。

作用|铅元素标准原子量修改，元素周期表更新
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图1. 2019年IUPAC发布的元素周期表(该版本中 ， 铅元素标准原子量尚未修改) 。
如果目前对地球样品中该元素同位素丰度的变化范围有足够的了解 ， 就可以知道该元素原子量的最大值和最小值(在格子的黑色方括号中标出) ， 获得一个地球平均的原子量(在格子中用白色数字标出) 。
黄色格子的元素 ， 则与粉红色格子的元素一样 ， 该元素存在多个稳定同位素 ， 但目前对地球样品中这个元素的不同同位素丰度变化范围了解得还不够 ， 因此只能估算出一个大概的平均值及其误差 。
再看白色格子的元素 ， 该元素的所有同位素都不稳定 ， 在自然界找不到对应的物质可以得到其有意义的同位素丰度 ， 因此 ， IUPAC不给出其原子量 ， 只给出其原子序数 。
【作用|铅元素标准原子量修改，元素周期表更新】元素的原子量是化学中最为基础的参数之一 ， 其应用涉及到从基础教育到应用领域的方方面面 。 自19世纪元素周期表创立以来 ， 给元素的原子量“定标准值”一直是科学界的重要任务之一 。

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图2. 2021年5月6日 ， IUPAC基于朱祥坤等的研究修订铅元素的标准原子量(左图：修改前；右图：修改后) 。
朱祥坤研究员领衔的团队 ， 对自上世纪50年代以来数百篇有关铅同位素高精度分析的文献进行了系统调研 。 在科学分类的基础上 ， 对8000多个各类普通地球物质(不包括陨石等样品)的铅同位素高精度分析数据进行统计 ， 厘定了铅元素原子量的最小值和最大值 。
值得一提的是 ， 铅元素原子量的最大值和最小值都来自于苏格兰西北部28亿年前的Lewisian古老杂岩体中的独居石 ， 这些独居石被坚硬、稳定的石榴子石包裹 ， 杜绝了外界普通铅的污染 。
铅元素的原子量是一区间值 ， 不是常数 ， 为方便教学等用途 ， 推荐使用207.2作为铅元素原子量 ， 如果因科研、商业等原因需要精确的铅元素原子量值 ， 需要对具体样本进行测定 。
中国地质科学院地质研究所发布的消息中亦提到 ， 传统上原子量一般由化学家或物理学家主导修订 ， 而地球科学家很少参与 。
原子量标准数值从“常数”向“区间值”这一认识的转变 ， 同位素地球化学家在其中起到了关键性作用 。 而且 ， 铅原子量的修订 ， 是地球科学在该领域发挥重要作用的标志性事件之一 ， 该成果将更新教科书的化学元素周期表 ， 并对相关应用领域产生持久性影响 。

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