原子質量単位または AMU とは何ですか?

原子質量単位 (amu) は、統一原子質量単位またはダルトン(Da) とも呼ばれ、原子の質量を炭素同位体の原子の質量で表すために使用される非常に小さな質量単位です 12 。これは、他の原子に結合していない場合、炭素 12 原子の質量の 12 分の 1 として定義されます。

原子質量単位の定義は、炭素 12 原子に正確に 12 amu の質量を割り当てます。この単位を使用すると、他のすべての原子の質量は、炭素 12 原子の質量の倍数または約数として表されます。このため、その作成時には、原子質量単位は、それまでにすでに仮定されていた他の単位と同様に、原子質量のもう 1 つの相対スケールに過ぎませんでした。しかし、炭素原子の実際の質量が決定され、原子質量単位の絶対値が確立されると、amu はグラム、ポンド、トンと同じように質量の絶対尺度になりました。

原子質量単位の値

原子質量単位の概念と値は、アボガドロがモルに対して提案した元の概念にリンクしています。彼は、炭素 12 同位体の 100% 純粋なサンプルの正確に 12 グラム中の粒子の数としてモルを定義しました。当時、この数は知られていませんでしたが、今日では知られています。その値はアボガドロ数と呼ばれ、約 6,022.10 ²³です(この数として現在受け入れられている値は、1 モルあたり正確に 6,0221367.10 ²³粒子です)。

アボガドロ数が決まれば、炭素原子12個の質量が分かり、この値を12で割ると原子質量単位の値が得られます。関係は非常に単純です。

^{定義により、1 モルの炭素 12 原子の重さが正確に 12 グラムであり、1 モルに 6,0221367.10 23 個の}原子があることがわかっている場合、各炭素 12 原子の重さは次のようになります。

ここで、原子質量単位の定義を使用すると、次のようになります。

したがって、原子質量単位の値は 1,660540.10 ^-27 kgです。

なぜウマを使うのですか？

原子の質量を含む任意の質量は、グラム、ポンド、オンスからメートルトンまで、任意の質量単位で表すことができます。ただし、場合によっては他のものより便利なものもあります。たとえば、自分の体重をポンドまたはキログラムで表すのは一般的ですが、トンではありません。また、ボーイング 747 の質量をグラムやミリグラムで表すこともありません。おそらくトン単位で行うでしょう。

この同じ論理を使用し、原子が非常に小さいことを考慮すると、これらの単位を使用して原子質量を表すのは便利ではありません。原子の質量をより便利な方法で表すことができるため、原子質量単位が存在するのはそのためです。

原子は非常に小さいので、原子質量単位も同様に小さいと予想されます。

原子質量単位と質量数

幸か不幸かの偶然の一致は、原子質量単位の定義により、原子の表現された質量が既知の質量数に非常に類似した数値を持つようになることです。後者は、核子、つまり原子核に存在する陽子と中性子の総数を示します。実際、炭素 12 原子の場合、12 は正確に質量数を示し、この原子についてのみ、この数は amu で表される原子の質量と正確に一致します。

炭素 12 原子核には 6 つの陽子と 6 つの中性子が含まれているため、原子質量単位はある意味で 2 つの核子間の平均質量を表します。このため、ほとんどの原子の質量数は、amu で表される原子質量に非常に似ています。ただし、それらは同じではなく、同じ物理量を参照していません。質量数は、その名前が示すように、質量ではありません。

原子質量対原子のモル質量

最後に、原子の原子量、原子質量、およびモル質量という用語について、さらに明確にする価値があります。原子量または原子質量について話すときは、単一​​の原子の重量または質量を意味します。たとえば、ダルトンで表した炭素 12 の原子質量は、前に見たように 12 amu です。

しかし、多くの学生が、炭素の原子質量は 12 g またはそれ以下の 12 g/mol であると間違って言うのが一般的です。最初の誤りはかなり深刻です。なぜなら、世界で最も先進的な顕微鏡でしか見ることができないほど小さい炭素原子 1 個の質量は 12 g であると言われているからです。砂糖。

2 番目の間違いはより一般的であり、多くのプロの化学者が犯すほどです。彼らは原子質量 (つまり、1 つの原子の質量) と原子のモル質量 (つまり、1 モルの質量) を混同しています。原子の））。混乱は、原子質量単位とモルの定義により、g/mol 単位のモル質量が amu 単位の原子質量と数値的に等しいという事実から生じます。

原子質量単位の使用例

• 原子質量単位での炭素 13 原子の質量は 13.003355 amu です。
• 元素炭素 (特定の炭素原子ではない) の平均原子質量は 12.0107 amu です (これは、炭素の天然同位体 C-12 および C-13 の質量の加重平均で構成されます)。
• PG5ポリマーは、人類がこれまでに作成した最大の分子であり、2億ダルトンまたはamuを超える質量を持っています. 以下の画像は、それを構成するモノマーの構造を示しています。

• ヒトゲノムの DNA 分子は、約 33 億塩基対で、質量は約 2.2.10 ¹² amu です。

• 原子質量単位で 75 kg の人の質量は 4,417.10 ²⁸ amu です。

参考文献

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