Mikä on atomimassayksikkö tai AMU?

Atomimassayksikkö (amu), jota kutsutaan myös yhtenäiseksi atomimassayksiköksi tai daltoniksi (Da), on hyvin pieni massayksikkö, jota käytetään ilmaisemaan atomien massa hiilen isotoopin 12 atomin massana. Se määritellään yhdeksi kahdestoistaosaksi hiili-12-atomin massasta, kun se ei ole sitoutunut mihinkään muuhun atomiin.

Atomimassayksikön määritelmä antaa hiili-12-atomin massan täsmälleen 12 amu. Tätä yksikköä käyttämällä kaikkien muiden atomien massa ilmaistaan ​​hiili-12-atomin massan moninkertaisena tai osakerroina. Tästä syystä atomimassayksikkö oli luomishetkellään vain toinen suhteellinen atomimassan asteikko, samanlainen kuin muut, jotka oli jo oletettu siihen asti. Kuitenkin, kun hiiliatomin todellinen massa määritettiin ja atomimassayksikön absoluuttinen arvo voitiin siten määrittää, amusta tuli absoluuttinen massaasteikko samalla tavalla kuin gramma, pauna ja tonni.

Atomimassayksikön arvo

Atomimassayksikön käsite ja arvo liittyvät alkuperäiseen konseptiin, jonka Avogadro ehdotti moolille. Hän määritteli moolin hiukkasten lukumääräksi tarkalleen 12 grammassa 100-prosenttisesti puhdasta hiili-12-isotooppia. Tuolloin tämä luku ei ollut tiedossa, mutta nykyään se on; sen arvoa kutsutaan Avogadron numeroksi ja se on noin 6 022,10 ²³ (tällä hetkellä hyväksytty arvo tälle luvulle on täsmälleen 6 0221367,10 ²³ hiukkasta moolia kohden).

Kun Avogadron luku on määritetty, voidaan tietää yksittäisen hiiliatomin massa 12. Tämän arvon jakaminen 12:lla antaa atomimassayksikön arvon. Suhde on hyvin yksinkertainen:

Jos määritelmän mukaan yksi mooli hiili-12-atomia painaa täsmälleen 12 grammaa ja tiedämme, että yhdessä moolissa on 6,0221367,10 ^{23 atomia, jokainen hiili-12-atomi painaa:}

Nyt, käyttämällä atomimassayksikön määritelmää, saamme:

Siksi atomimassayksikön arvo on 1 660 540,10 ^-27 kg

Miksi käyttää umaa?

Mikä tahansa massa, mukaan lukien atomin massa, voidaan ilmaista millä tahansa massayksiköllä grammoista, punnoista ja unsseista metrisiin tonneihin; toiset ovat kuitenkin kätevämpiä kuin toiset tapauksesta riippuen. Esimerkiksi on tavallista esittää omaa painoamme punoissa tai kilogrammoissa, mutta ei tonneissa. Emme myöskään ilmaise Boeing 747:n massaa grammoina tai milligrammoina; tekisimme sen luultavasti tonneissa.

Tätä samaa logiikkaa käyttäen ja ottaen huomioon, että atomit ovat erittäin pieniä, ei ole kätevää käyttää mitään näistä yksiköistä atomimassan ilmaisemiseen. Tästä syystä atomimassayksikkö on olemassa, koska se mahdollistaa atomimassan esittämisen kätevämmällä tavalla.

Koska atomit ovat hyvin pieniä, atomimassayksikön voisi odottaa olevan yhtä pieni.

Atomimassayksikkö ja massaluku

Sekä onnekas että valitettava yhteensattuma on, että atomimassayksikön määritelmä saa ilmaistujen atomimassojen numeerisen arvon, joka on hyvin samanlainen kuin tunnettu massaluku. Jälkimmäinen ilmaisee atomin ytimessä olevien nukleonien, toisin sanoen protonien ja neutronien, kokonaismäärän. Itse asiassa hiili-12-atomin tapauksessa 12 osoittaa tarkalleen massaluvun, ja vain tälle atomille tämä luku on täsmälleen sama kuin atomin massa ilmaistuna amu:na.

Koska hiili-12-ydin sisältää 6 protonia ja 6 neutronia, atomimassayksikkö edustaa tavallaan keskimääräistä massaa kahden nukleonin välillä. Tästä syystä useimpien atomien massaluku on hyvin samanlainen kuin sen atomimassa ilmaistuna amu:na. Ne eivät kuitenkaan ole samoja, eivätkä edes viittaa samoihin fyysisiin suureisiin. Massaluku ei ole massa, vaikka sen nimi viittaa siihen.

Atomimassa vs. atomin moolimassa

Lopuksi kannattaa tehdä lisäselvennys atomin atomipainon, atomimassan ja moolimassan termeihin. Kun puhumme atomipainosta tai atomimassasta, tarkoitamme yksittäisen atomin painoa tai massaa. Esimerkiksi daltoneina ilmaistuna hiili-12:n atomimassa on 12 amu, kuten näimme aiemmin.

On kuitenkin tavallista, että monet opiskelijat sanovat väärin, että hiilen atomimassa on 12 g tai vielä pahempi, 12 g/mol. Ensimmäinen virhe on huomattavan vakava, sillä yhden hiiliatomin, joka on niin pieni, että se voidaan nähdä vain maailman edistyneimpien mikroskooppien läpi, sanotaan olevan 12 g, mikä saattaa hyvinkin vastata suurta lusikallista sokeria.

Toinen virhe on paljon yleisempi, niin että monet ammattikemistit tekevät sen: he sekoittavat atomimassan (eli yhden atomin massan) atomin moolimassaan (eli yhden moolin massaan). atomeista). Hämmennys johtuu siitä, että atomimassayksikön ja moolin määrittelystä johtuen moolimassa g/molina on numeerisesti yhtä suuri kuin atomimassa amuina.

Esimerkkejä atomimassayksikön käytöstä

• Hiili-13-atomin massa atomimassayksiköissä on 13,003355 amu.
• Alkuaineen hiilen (ei tietyn hiiliatomin) keskimääräinen atomimassa on 12,0107 amu (tämä koostuu luonnossa esiintyvien hiilen isotooppien C-12 ja C-13 massojen painotetusta keskiarvosta).
• PG5-polymeeri on suurin ihmisen koskaan luoma molekyyli, ja sen massa on yli 200 miljoonaa daltonia tai amu. Seuraava kuva näyttää sen muodostavan monomeerin rakenteen.

• Ihmisen genomin DNA-molekyylissä on noin 3,3 miljardia emäsparia ja massa noin 2,2,10 ¹² amu.

• 75 kg painavan henkilön massa atomimassayksiköissä on 4 417,10 ²⁸ amu.

Viitteet

• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ja Herranz, ZR (2020). Kemia (10. painos). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
• Integroidut DNA-tekniikat (nd). Molekyylifaktoja ja lukuja . Haettu osoitteesta https://sfvideo.blob.core.windows.net/sitefinity/docs/default-source/biotech-basics/molecular-facts-and-figures.pdf?sfvrsn=4563407_4
• Lazalde, A. (2011). PG5, suurin koskaan luotu molekyyli . Palautettu osoitteesta https://hipertextual.com/2011/01/pg5-la-molecula-mas-grande-jamas-creada
• Marin-Becerra, Armando ja Moreno-Esparza, Rafael. (2010). Suhteelliset massat ja mooli: yksinkertainen esitys vaikeasta käsitteestä . Chemical Education ,  21 (4), 287-290. Haettu 13. heinäkuuta 2021 osoitteesta http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2010000400005&lng=es&tlng=es .
• Veldhiuis, D. (2011). Puumainen jättiläinen on suurin koskaan tehty molekyyli (2011). Uusi Tiedemies . Haettu osoitteesta https://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/