Qu’est-ce qu’une unité de masse atomique ou UMA ?

L’unité de masse atomique (amu), également appelée unité de masse atomique unifiée ou dalton (Da), est une très petite unité de masse utilisée pour exprimer la masse des atomes en termes de masse d’un atome de l’isotope du carbone 12 . Il est défini comme un douzième de la masse de l’atome de carbone 12 lorsqu’il n’est lié à aucun autre atome.

La définition de l’unité de masse atomique attribue à l’atome de carbone 12 une masse d’exactement 12 amu. En utilisant cette unité, la masse de tous les autres atomes est exprimée comme un multiple ou un sous-multiple de la masse de l’atome de carbone 12. Pour cette raison, au moment de sa création, l’unité de masse atomique n’était qu’une autre échelle relative de masse atomique, semblable à d’autres qui avaient déjà été postulées jusqu’alors. Cependant, lorsque la masse réelle de l’atome de carbone a été déterminée et que la valeur absolue de l’unité de masse atomique a ainsi pu être établie, l’amu est devenue une échelle absolue de masse au même titre que le gramme, la livre et la tonne. .

La valeur de l’unité de masse atomique

Le concept et la valeur de l’unité de masse atomique sont liés au concept original proposé par Avogadro pour la taupe. Il a défini une mole comme le nombre de particules dans exactement 12 grammes d’un échantillon pur à 100 % de l’isotope du carbone 12. A l’époque, ce nombre n’était pas connu, mais aujourd’hui il l’est ; sa valeur est appelée nombre d’Avogadro et est d’environ 6 022,10 ²³ (la valeur actuellement acceptée pour ce nombre est exactement 6 0221367,10 ²³ particules par mole).

Une fois le nombre d’Avogadro déterminé, on peut connaître la masse d’un seul atome de carbone 12. En divisant cette valeur par 12, on obtient la valeur de l’unité de masse atomique. La relation est très simple :

Si, par définition, une mole d’atomes de carbone 12 pèse exactement 12 grammes, et que nous savons qu’il y a 6 0221367.10 ²³ atomes dans 1 mole, alors chaque atome de carbone 12 pèse :

Maintenant, en utilisant la définition de l’unité de masse atomique, nous obtenons :

Par conséquent, l’unité de masse atomique a une valeur de 1,660540.10 ^-27 kg

Pourquoi utiliser l’uma ?

Toute masse, y compris celle d’un atome, peut être exprimée dans n’importe quelle unité de masse, des grammes, livres et onces aux tonnes métriques ; cependant, certains sont plus pratiques que d’autres selon les cas. Par exemple, il est courant de représenter notre propre poids en livres ou en kilogrammes, mais pas en tonnes. Nous n’exprimerions pas non plus la masse d’un Boeing 747 en grammes ou en milligrammes ; nous le ferions probablement en tonnes.

En utilisant cette même logique, et considérant que les atomes sont extrêmement petits, il n’est pas pratique d’utiliser l’une de ces unités pour exprimer la masse atomique. C’est pourquoi l’unité de masse atomique existe, car elle permet de représenter la masse des atomes de manière plus pratique.

Puisque les atomes sont très petits, on s’attendrait à ce que l’unité de masse atomique soit également petite.

L’unité de masse atomique et le nombre de masse

Une coïncidence à la fois heureuse et malheureuse est que la définition de l’unité de masse atomique fait que les masses exprimées des atomes ont une valeur numérique très similaire au nombre de masse connu. Ce dernier indique le nombre total de nucléons, c’est-à-dire de protons et de neutrons présents dans le noyau d’un atome. En effet, dans le cas de l’atome de carbone 12, 12 indique précisément le nombre de masse et, uniquement pour cet atome, ce nombre coïncide exactement avec la masse de l’atome exprimée en uma.

Comme le noyau de carbone 12 contient 6 protons et 6 neutrons, l’unité de masse atomique représente en quelque sorte une masse moyenne entre les deux nucléons. Pour cette raison, pour la plupart des atomes, le nombre de masse est très similaire à sa masse atomique exprimée en uma. Cependant, ils ne sont pas les mêmes, et ils ne se réfèrent même pas aux mêmes grandeurs physiques. Le nombre de masse n’est pas une masse, bien que son nom le suggère.

La masse atomique par rapport à la masse molaire d’un atome

Enfin, il convient d’apporter une précision supplémentaire autour des termes masse atomique, masse atomique et masse molaire d’un atome. Lorsque nous parlons de poids atomique ou de masse atomique, nous entendons le poids ou la masse d’un seul atome. Par exemple, exprimée en daltons, la masse atomique du carbone 12 est de 12 amu, comme nous l’avons vu précédemment.

Cependant, il est courant pour de nombreux étudiants de dire, à tort, que la masse atomique du carbone est de 12 g ou pire, de 12 g/mol. La première erreur est considérablement grave, puisqu’un seul atome de carbone, quelque chose de si petit qu’il ne peut être vu qu’à travers les microscopes les plus avancés du monde, aurait une masse de 12 g, ce qui pourrait bien équivaloir à une grosse cuillerée de sucre.

La deuxième erreur est beaucoup plus courante, à tel point que de nombreux chimistes professionnels la commettent : ils confondent la masse atomique (c’est-à-dire la masse d’un atome) avec la masse molaire d’un atome (c’est-à-dire la masse d’une mole d’atomes). ). La confusion vient du fait que, du fait de la définition de l’unité de masse atomique et de la mole, la masse molaire en g/mol est numériquement égale à la masse atomique en uma.

Exemples d’utilisation de l’unité de masse atomique

• La masse d’un atome de carbone 13 en unités de masse atomique est de 13,003355 amu.
• La masse atomique moyenne de l’élément carbone (et non d’un atome de carbone particulier) est de 12,0107 amu (il s’agit de la moyenne pondérée des masses des isotopes naturels du carbone, C-12 et C-13).
• Le polymère PG5 est la plus grande molécule jamais créée par l’homme et a une masse de plus de 200 millions de daltons ou amu. L’image suivante montre la structure du monomère qui le constitue.

• La molécule d’ADN du génome humain compte environ 3,3 milliards de paires de bases et une masse d’environ 2,2.10 ¹² amu.

• La masse d’une personne qui pèse 75 kg en unités de masse atomique est de 4 417,10 ²⁸ amu.

Les références

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• Technologies ADN intégrées (nd). Faits et chiffres moléculaires . Extrait de https://sfvideo.blob.core.windows.net/sitefinity/docs/default-source/biotech-basics/molecular-facts-and-figures.pdf?sfvrsn=4563407_4
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• En ligneVeldhiuis, D. (2011). Le géant ressemblant à un arbre est la plus grande molécule jamais fabriquée (2011). Nouveau scientifique . Extrait de https://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/