我們常常在化學課本的附錄中看到元素週期表，不久之後，這個令人熟悉的表格可能會大變樣。

原子體重不好算

翻開元素週期表，一個個代表不同元素的方格至少有兩種不同的底色，不同底色代表它們來自不同性質的元素大家庭;在元素格子中，元素符號旁邊都有一上一下兩個數位，上面的那個數叫“原子序數”，表示該元素原子的質子數，下面的數位是“原子量”，體現著原子的相對品質;很快，這些我們曾經熟悉的表格特點會發生不小的變化，因為我們對元素的原子量的瞭解比以往更深刻了。

不過，你應該很快就會發現，除了少數元素的原子量是整數外，其他元素的原子量都是小數，比如氫元素的原子量是1.00794，氧元素的原子量是15.99938，這又是為什麼?原來，許多元素家族中並不只有一種原子，氫元素家族中有3種原子，氕、氘、氚，它們互稱為同位素。氫同位素的質子數都是1，但中子數各不相同，氕、氘、氚的中子數依次為0、1、2，原子的品質主要由質子品質和中子質量組成，因此氕、氘、氚的原子量分別為1、2、3。

為了統一氫元素家族的原子量，IUPAC又規定，元素的原子量用家族中所有同位素的平均質量來表示，其計算方法為元素原子量乘元素的數量(這個數量被稱為“豐度”，指各種元素原子在自然界中的含量)。在自然界中，氕原子豐度為99.98%，氘原子豐度為0.016%，氚原子豐度為0.004%，代入它們各自的原子量，最終算出來氫元素的原子量就是1.00794。

用這種方法算出來的原子量使用了很多年，直到近年來，科學家又發現了一個新問題：在不同的環境中，元素家族的不同成員的豐度是不同的，那麼，同一個原子量怎麼能適用所有的環境呢?

原子量有大作用

這個新問題是什麼意思呢?科學家在熱帶海洋中取樣，測得海水中氫元素家族的各個原子的豐度，用這些氫原子的豐度算出了一個原子量，可是在其他地方，這些氫元素的豐度卻發生了變化。比如說，地球上的水蒸氣從赤道向兩極運動，那些含有更多的氘和氚的水蒸氣會稍重一些，更早地落到大海裡，因此熱帶海洋中的氘和氚會比極地海洋的要多一些，這樣一來，熱帶海洋的氫元素原子量就會比極地海洋的稍大。又比如，科學家發現，針鈉鈣石(一種矽酸鹽礦物)中所含的氫元素比海水中的氫原子量小0.00006，而合成試劑中的氫元素最大可能比海水中的氫原子量大0.00012。總而言之，不同環境下，元素的原子量是不同的。

你也許要提出異議，這點微小的差異會造成什麼了不起的影響嗎?這也值得大驚小怪?別說，原子量的微小差異影響可不小，因為它在許多領域都有著大用途。

如上所述，來自不同環境的元素具有不同的原子量，因此通過測量其原子量，我們能知道這些元素的來源，從而瞭解其背後隱藏的秘密。氦有兩種同位素——氦-4和氦-3，氦-4是由鈾和釷等元素的放射性衰變產生的，在地球上豐度大，與之相比，氦-3極為罕見。氦-3是在宇宙溫度高、密度大到足以引發核聚變時形成的，因此，我們今天看到的任何氦-3年齡都非常古老，它的年龄甚至可能比地球还大。

通過研究氦-3的來源，我們能知道地球形成的時間和速度。地幔和地核的氦-3豐度不同，因此這兩處的氦的原子量是不同的，氦-3越多，原子量越小。如果地核中的氦原子量更小，意味著這裡有大量的氦-3，這代表地球一定是在我們的太陽系中仍然有豐富的星雲時形成的，而不是經過更長的時間，星雲稀薄的時候才誕生。因為如果地球誕生在豐富的太陽星雲中，其大氣層就會吸引一層厚厚的氫和氦。在這種環境下，少量的氦-3會溶解在大氣層下翻騰的岩漿海洋中並向下移動到地核中，直到今天被我們發現。反之，如果地幔的氦-3更多，則表示地球要比原先推測的年輕得多。

除此之外，原子量還能在生活中的許多地方幫助我們。碳同位素豐度的精確測量可用於確定蜂蜜和香草等食物的純度和來源，作為辨別食物真假的標準之一;氮、氯和其他元素的同位素測量有助於追蹤溪流和地下水中的污染物;在運動會中，科學家可以通過碳同位素來識別運動員是否服用興奮劑，因為藥用睾丸酮是從植物中提取出來的，它含有的碳同位素比例和人體分泌的睾丸酮不同，由此可以知道其是運動員自身分泌的還是額外攝入的。

從常數變身範圍

既然原子量有這麼多用途，不同的原子量代表著不同的意義，如果使用了錯誤的原子量就可能得出錯誤的結論，那麼我們怎麼還能使用一個固定的原子量呢?為了解決這個問題，IUPAC又想出了一個新方法：將原子量從常數轉變成範圍區間。

這個方法具體來說是這樣的：在地球上發現的含氫的物質中，氫原子最小的相對品質是1.00784，最大的相對品質是1.00811，因此，氫的原子量就從原本的1.00794變為[1.00784;1.00811];除了氫之外，硼、鋰、碳、氮、氧、矽、硫、氯、鉈等元素也獲得了新的原子量，而氦、鎳、銅、鋅、硒、鍶、氬和鉛正在“接受調查”，看原子量是否有必要進行相應更新。

為了對應原子量的這一變化，表格底色也發生了改變，現在元素們擁有了更多種底色：像氫這樣原子量為一個確定的範圍區間的元素，使用粉色底色;有一些元素有多種同位素，但是它們的原子量變化範圍可能很小，不必要使用範圍區間，也可能變化範圍太多太大，科學家還沒能完全測定其原子量，先暫時用一個常數表示，使用黃色底色;還有些元素，比如說氟、鋁、鈉、金等元素沒有同位素，它們的原子量是固定的常數，使用藍色底色;放射性元素因為隨時都在衰變，它們沒有“準確”的原子量，使用白色底色。這樣，我們在使用元素原子量的時候就可以通過顏色來進行初步判斷了。

不過，這個方法也可能帶來新的疑惑，對於那些有多個原子量的元素，什麼時候使用哪個原子量呢?簡單粗暴的處理是，在進行粗略計算時，我們可以使用原本的常數原子量;如果需要更高的準確度，則應該根據環境選擇特定的原子量，例如，海水中硼元素的原子量為10.818，陸地上含硼礦石中硼的原子量為10.811。

在科學史上，類似元素週期表大變身這樣的事情還很多，雖然看起來這些變動給我們造成的麻煩比帶來的益處大得多，但縱觀歷史，正是這些點滴改變推動著科學巨輪的前進。