Was ist eine atomare Masseneinheit oder AMU?

Die atomare Masseneinheit (amu), auch vereinheitlichte atomare Masseneinheit oder Dalton (Da) genannt, ist eine sehr kleine Masseneinheit, die verwendet wird, um die Masse von Atomen als Masse eines Atoms des Kohlenstoffisotops 12 auszudrücken. Sie ist definiert als ein Zwölftel der Masse des Kohlenstoff-12-Atoms, wenn es an kein anderes Atom gebunden ist.

Die Definition der atomaren Masseneinheit weist dem Kohlenstoff-12-Atom eine Masse von genau 12 amu zu. Mit dieser Einheit wird die Masse aller anderen Atome als Vielfaches oder Untervielfaches der Masse des Kohlenstoff-12-Atoms ausgedrückt. Aus diesem Grund war die atomare Masseneinheit zum Zeitpunkt ihrer Entstehung nur eine andere relative Skala der atomaren Masse, ähnlich zu anderen, die bereits bis dahin postuliert worden waren. Als jedoch die tatsächliche Masse des Kohlenstoffatoms bestimmt und damit der absolute Wert der atomaren Masseneinheit festgelegt werden konnte, wurde das Amu zu einer absoluten Massenskala, ebenso wie Gramm, Pfund und Tonne.

Der Wert der atomaren Masseneinheit

Das Konzept und der Wert der atomaren Masseneinheit ist mit dem ursprünglichen Konzept verbunden, das Avogadro für den Maulwurf vorgeschlagen hat. Er definierte ein Mol als die Anzahl der Partikel in genau 12 Gramm einer 100 % reinen Probe des Kohlenstoff-12-Isotops. Damals war diese Nummer nicht bekannt, aber heute ist sie es; Sein Wert wird als Avogadro-Zahl bezeichnet und beträgt ungefähr 6.022,10 ²³ (der derzeit akzeptierte Wert für diese Zahl beträgt genau 6.0221367,10 ²³ Teilchen pro Mol).

Sobald die Avogadro-Zahl bestimmt ist, kann die Masse eines einzelnen Kohlenstoff-12-Atoms bekannt sein.Teilt man diesen Wert durch 12, erhält man den Wert der atomaren Masseneinheit. Die Beziehung ist ganz einfach:

^{Wenn per Definition ein Mol Kohlenstoff-12-Atome genau 12 Gramm wiegt und wir wissen, dass 6.0221367,10 23} Atome in 1 Mol enthalten sind , dann wiegt jedes Kohlenstoff-12-Atom:

Mit der Definition der atomaren Masseneinheit erhalten wir nun:

Daher hat die atomare Masseneinheit einen Wert von 1,660540,10 ^-27 kg

Warum das Uma verwenden?

Jede Masse, einschließlich der eines Atoms, kann in jeder Masseneinheit ausgedrückt werden, von Gramm, Pfund und Unzen bis zu Tonnen; Einige sind jedoch je nach Fall bequemer als andere. Zum Beispiel ist es üblich, unser eigenes Gewicht in Pfund oder Kilogramm darzustellen, aber nicht in Tonnen. Auch würden wir die Masse einer Boeing 747 nicht in Gramm oder Milligramm ausdrücken; Wir würden es wahrscheinlich in Tonnen tun.

Unter Verwendung derselben Logik und in Anbetracht der Tatsache, dass Atome extrem klein sind, ist es nicht bequem, eine dieser Einheiten zu verwenden, um die Atommasse auszudrücken. Aus diesem Grund gibt es die atomare Masseneinheit, da sie eine bequemere Darstellung der Masse von Atomen ermöglicht.

Da Atome sehr klein sind, würde man erwarten, dass die atomare Masseneinheit ebenso klein ist.

Die atomare Masseneinheit und die Massenzahl

Ein sowohl glücklicher als auch unglücklicher Zufall ist, dass die Definition der atomaren Masseneinheit dazu führt, dass die ausgedrückten Massen von Atomen einen numerischen Wert haben, der der bekannten Massenzahl sehr ähnlich ist. Letztere gibt die Gesamtzahl der Nukleonen, also der Protonen und Neutronen an, die im Kern eines Atoms vorhanden sind. Tatsächlich gibt 12 im Fall des Kohlenstoff-12-Atoms genau die Massenzahl an, und nur für dieses Atom stimmt diese Zahl genau mit der in amu ausgedrückten Masse des Atoms überein.

Da der Kohlenstoff-12-Kern 6 Protonen und 6 Neutronen enthält, stellt die atomare Masseneinheit gewissermaßen eine durchschnittliche Masse zwischen den beiden Nukleonen dar. Aus diesem Grund ist bei den meisten Atomen die Massenzahl ihrer in amu ausgedrückten Atommasse sehr ähnlich. Sie sind jedoch nicht gleich und beziehen sich nicht einmal auf die gleichen physikalischen Größen. Die Massenzahl ist keine Masse, obwohl ihr Name darauf hindeutet.

Die Atommasse gegenüber der molaren Masse eines Atoms

Abschließend lohnt sich noch eine zusätzliche Klärung der Begriffe Atomgewicht, Atommasse und molare Masse eines Atoms. Wenn wir von Atomgewicht oder Atommasse sprechen, meinen wir das Gewicht oder die Masse eines einzelnen Atoms. Zum Beispiel beträgt die Atommasse von Kohlenstoff-12, ausgedrückt in Dalton, 12 amu, wie wir zuvor gesehen haben.

Es ist jedoch üblich, dass viele Studenten fälschlicherweise sagen, dass die Atommasse von Kohlenstoff 12 g oder schlechter, 12 g/mol, beträgt. Der erste Fehler ist ziemlich schwerwiegend, da ein einzelnes Kohlenstoffatom, etwas so Kleines, dass es nur durch die fortschrittlichsten Mikroskope der Welt gesehen werden kann, eine Masse von 12 g haben soll, was durchaus einem großen Löffel entsprechen könnte Zucker.

Der zweite Fehler ist viel häufiger, so sehr, dass viele professionelle Chemiker ihn begehen: Sie verwechseln die Atommasse (d. h. die Masse eines Atoms) mit der molaren Masse eines Atoms (d. h. die Masse eines Mols). von Atomen). ). Die Verwirrung entsteht dadurch, dass aufgrund der Definition der atomaren Masseneinheit und des Mols die Molmasse in g/mol numerisch gleich der Atommasse in amu ist.

Beispiele für die Verwendung der atomaren Masseneinheit

• Die Masse eines Kohlenstoff-13-Atoms in atomaren Masseneinheiten beträgt 13,003355 amu.
• Die durchschnittliche Atommasse des Elements Kohlenstoff (nicht eines bestimmten Kohlenstoffatoms) beträgt 12,0107 amu (diese besteht aus dem gewichteten Mittel der Massen der natürlich vorkommenden Kohlenstoffisotope C-12 und C-13).
• PG5-Polymer ist das größte Molekül, das jemals von Menschenhand geschaffen wurde, und hat eine Masse von mehr als 200 Millionen Dalton oder Amu. Das folgende Bild zeigt die Struktur des Monomers, aus dem es besteht.

• Das DNA-Molekül des menschlichen Genoms hat ungefähr 3,3 Milliarden Basenpaare und eine Masse von ungefähr 2.2.10 ¹² amu.

• Die Masse einer Person mit einem Gewicht von 75 kg in atomaren Masseneinheiten beträgt 4.417,10 ²⁸ amu.

Verweise

• Chang, R., Manzo, A. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemie (10. Aufl.). New York City, NY: MCGRAW-HÜGEL.
• Integrierte DNA-Technologien (nd). Molekulare Fakten und Zahlen . Abgerufen von https://sfvideo.blob.core.windows.net/sitefinity/docs/default-source/biotech-basics/molecular-facts-and-figures.pdf?sfvrsn=4563407_4
• Lazalde, A. (2011). PG5, das größte Molekül, das jemals hergestellt wurde . Wiederhergestellt von https://hipertextual.com/2011/01/pg5-la-molecula-mas-grande-jamas-creada
• Marin-Becerra, Armando, & Moreno-Esparza, Rafael. (2010). Relative Massen und der Maulwurf: Eine einfache Demonstration eines schwierigen Konzepts . Chemical Education ,  21 (4), 287–290. Abgerufen am 13. Juli 2021 von http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2010000400005&lng=es&tlng=es .
• Veldhiuis, D. (2011). Baumartiger Riese ist das größte Molekül, das jemals hergestellt wurde (2011). Neuer Wissenschaftler . Abgerufen von https://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/