Hva er en atommasseenhet eller AMU?

Atommasseenheten (amu), også kalt den enhetlige atommasseenheten eller dalton (Da), er en veldig liten masseenhet som brukes til å uttrykke massen av atomer i form av massen til et atom i isotopen av karbon 12 . Det er definert som en tolvtedel av massen til karbon-12-atomet når det ikke er bundet til noe annet atom.

Definisjonen av atommasseenheten tildeler karbon-12-atomet en masse på nøyaktig 12 amu. Ved å bruke denne enheten blir massen til alle andre atomer uttrykt som en multippel eller submultippel av massen til karbon-12-atomet. Av denne grunn, på tidspunktet for opprettelsen, var atommasseenheten bare en annen relativ skala for atommasse, lik andre som allerede var postulert frem til da. Men når den faktiske massen til karbonatomet ble bestemt og den absolutte verdien av atommasseenheten dermed kunne fastslås, ble amuen en absolutt masseskala på samme måte som gram, pund og tonn. .

Verdien av atommasseenheten

Konseptet og verdien av atommasseenheten er knyttet til det opprinnelige konseptet som Avogadro foreslo for føflekken. Han definerte en føflekk som antall partikler i nøyaktig 12 gram av en 100 % ren prøve av karbon-12 isotopen. På den tiden var ikke dette tallet kjent, men i dag er det; verdien kalles Avogadros tall og er omtrent 6 022,10 ²³ (den nåværende aksepterte verdien for dette tallet er nøyaktig 6 0221367,10 ²³ partikler per mol).

Når Avogadros tall er bestemt, kan massen til et enkelt karbon 12-atom bli kjent. Ved å dele denne verdien med 12 får du verdien av atommasseenheten. Forholdet er veldig enkelt:

Hvis, per definisjon, ett mol karbon-12-atomer veier nøyaktig 12 gram, og vi vet at det er 6,0221367,10 ²³ atomer i 1 mol, så veier hvert karbon-12-atom:

Nå, ved å bruke definisjonen av atommasseenheten, får vi:

Derfor har atommasseenheten en verdi på 1,660540,10 ^-27 kg

Hvorfor bruke uma?

Enhver masse, inkludert den til et atom, kan uttrykkes i en hvilken som helst enhet av masse, fra gram, pund og unser til metriske tonn; noen er imidlertid mer praktisk enn andre avhengig av tilfellet. For eksempel er det vanlig å representere vår egen vekt i pund eller kilo, men ikke tonn. Vi vil heller ikke uttrykke massen til en Boeing 747 i gram eller milligram; vi ville nok gjort det i tonn.

Ved å bruke den samme logikken, og med tanke på at atomer er ekstremt små, er det ikke praktisk å bruke noen av disse enhetene for å uttrykke atommasse. Det er derfor atommasseenheten eksisterer, siden den gjør at massen av atomer kan representeres på en mer praktisk måte.

Siden atomer er veldig små, vil man forvente at atommasseenheten er like liten.

Atommasseenheten og massetallet

En tilfeldighet både heldig og uheldig er at definisjonen av atommasseenheten gjør at de uttrykte massene av atomer har en numerisk verdi veldig lik det kjente massetallet. Sistnevnte indikerer det totale antallet nukleoner, det vil si protoner og nøytroner som er tilstede i kjernen til et atom. Faktisk, når det gjelder karbon-12-atomet, indikerer 12 nøyaktig massetallet, og bare for dette atomet sammenfaller dette tallet nøyaktig med massen til atomet uttrykt i amu.

Siden karbon-12-kjernen inneholder 6 protoner og 6 nøytroner, representerer atommasseenheten på en måte en gjennomsnittlig masse mellom de to nukleonene. Av denne grunn er massetallet for de fleste atomer veldig likt dets atommasse uttrykt i amu. Imidlertid er de ikke de samme, og de refererer heller ikke til de samme fysiske størrelsene. Massetallet er ikke en masse, selv om navnet antyder det.

Atommassen kontra molmassen til et atom

Til slutt er det verdt å gjøre en ekstra avklaring rundt begrepene atomvekt, atommasse og molar masse av et atom. Når vi snakker om atomvekt eller atommasse, mener vi vekten eller massen til et enkelt atom. For eksempel, uttrykt i dalton, er atommassen til karbon-12 12 amu, som vi så før.

Imidlertid er det vanlig for mange elever å si feilaktig at atommassen til karbon er 12 g eller dårligere, 12 g/mol. Den første feilen er betydelig alvorlig, siden et enkelt karbonatom, noe så lite at det bare kan sees gjennom verdens mest avanserte mikroskoper, sies å ha en masse på 12 g, som godt kan tilsvare en stor skje med sukker.

Den andre feilen er mye mer vanlig, så mye at mange profesjonelle kjemikere begår den: de forveksler atommassen (det vil si massen til ett atom) med molmassen til et atom (det vil si massen til en mol av atomer). Forvirringen oppstår fra det faktum at på grunn av definisjonen av atommasseenheten og molen, er molmassen i g/mol numerisk lik atommassen i amu.

Eksempler på bruk av atommasseenheten

• Massen til et karbon-13-atom i atommasseenheter er 13,003355 amu.
• Den gjennomsnittlige atommassen til grunnstoffet karbon (ikke av et bestemt karbonatom) er 12,0107 amu (dette består av det vektede gjennomsnittet av massene til de naturlig forekommende isotopene av karbon, C-12 og C-13) .
• PG5-polymer er det største molekylet som noen gang er laget av mennesker og har en masse på mer enn 200 millioner dalton eller amu. Følgende bilde viser strukturen til monomeren som utgjør den.

• DNA-molekylet til det menneskelige genomet har omtrent 3,3 milliarder basepar, og en masse på omtrent 2.2.10 ¹² amu.

• Massen til en person som veier 75 kg i atommasseenheter er 4 417,10 ²⁸ amu.

Referanser

• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kjemi (10. utgave). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
• Integrerte DNA-teknologier (nd). Molekylære fakta og tall . Hentet fra https://sfvideo.blob.core.windows.net/sitefinity/docs/default-source/biotech-basics/molecular-facts-and-figures.pdf?sfvrsn=4563407_4
• Lazalde, A. (2011). PG5, det største molekylet som noen gang er laget . Gjenopprettet fra https://hipertextual.com/2011/01/pg5-la-molecula-mas-grande-jamas-creada
• Marin-Becerra, Armando og Moreno-Esparza, Rafael. (2010). Relative masser og føflekken: En enkel demonstrasjon av et vanskelig konsept . Chemical Education ,  21 (4), 287-290. Hentet 13. juli 2021 fra http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2010000400005&lng=es&tlng=es .
• Veldhiuis, D. (2011). Trelignende kjempe er det største molekylet som noen gang er laget (2011). Ny vitenskapsmann . Hentet fra https://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/