Уточнения относительных атомных масс продолжались более полутора веков после работ Дальтона. Впервые достаточно точно отношение масс водорода и кислорода в воде определил в 1842 году французский химик Жан Батист Андре Дюма (1800-1884); он получил соотношение масс О : Н = 7,98 : 1. В 1885 году американский химик (и священник) Эдвард Морли получил значение 7,9396; в 1933-м американский физик Кеннет Бейнбридж — 7,9383; современное значение — 7,9367. Значит ли это, что один атом кислорода во столько же раз тяжелее атома водорода?
Нет, не значит. Ведь мы пока не заем правильную формулу воды.
Но вот что интересно: даже из правильной формулы воды Н2О не следует, что масса атома кислорода в 7,9367 • 2 = 15,8734 раза больше массы атома водорода.
Более того, вопрос «о точном соотношении масс атомов кислорода и водорода», оказывается, неправильный! Дело в том, что в XX веке выяснили, что в природе существует несколько разновидностей атомов и водорода, и кислорода (они называются изотопами этих элементов).
Например, кроме обычного водорода в природе есть также тяжёлый водород (он называется дейтерием), атомы которого вдвое тяжелее обычного.
Тяжёлый водород присутствует и в воде, и в сероводороде, и в аммиаке — во всех соединениях, в которых водород встречается.
Правда, его в природе немного — всего 0,015%. Поэтому в среднем атомная масса природного водорода почти такая же, как и у его лёгкой разновидности.
Учёные смогли выделить тяжёлый водород в чистом виде, а также получить воду, в которой все атомы водорода замещены дейтерием.
Такая вода называется тяжёлой.
По своим свойствам она отличается от обычной: замерзает при +3,8 °С, кипит при 101,4 °С, тяжелее обычной воды на 10,6%. Природный кислород тоже состоит из трёх изотопов. Массы их атомов больше массы атома лёгкого водорода в 16, 17 и 18 раз, то есть изотопы кислорода различаются по массе не так сильно, как изотопы водорода.
Содержание двух «тяжёлых кислородов» в природе составляет соответственно 0,038 и 0,2 %. Итак, можно говорить только о том, во сколько раз средняя масса встречающихся в природе атомов кислорода (с учётом их распространённости) больше средней массы встречающихся в природе атомов водорода (также с учётом их распространённости). Поскольку тяжёлых изотопов водорода и кислорода в природе очень мало, средняя атомная масса кислорода отличается от средней атомной массы водорода почти точно в 16 раз. Но бывает и иначе.
Например, атомов хлора в природе две разновидности с атомными массами 35 и 37. Причём лёгкого изотопа около 76%, а тяжёлого соответственно примерно 24%. Вот и получается, что средняя атомная масса хлора близка к 35,5. Когда-то такие дробные значения атомных масс очень удивляли химиков, которые ничего не знали ни о строении атомов, ни о существовании изотопов…