Vad är en Atomic Mass Unit eller AMU?

Atommassenheten (amu), även kallad enhetlig atommassaenhet eller dalton (Da), är en mycket liten massenhet som används för att uttrycka massan av atomer i termer av massan av en atom i isotopen av kol 12 . Det definieras som en tolftedel av massan av kol-12-atomen när den inte är bunden till någon annan atom.

Definitionen av atommassaenheten tilldelar kol-12-atomen en massa på exakt 12 amu. Med denna enhet uttrycks massan av alla andra atomer som en multipel eller submultipel av massan av kol-12-atomen. Av denna anledning, vid tiden för dess skapelse, var atommassaenheten bara en annan relativ skala av atommassa, liknande andra som redan hade postulerats fram till dess. Men när den faktiska massan av kolatomen bestämdes och det absoluta värdet av atommassenheten således kunde fastställas, blev amu en absolut skala av massa på samma sätt som gram, pund och ton. .

Värdet på atommassaenheten

Konceptet och värdet av atommassaenheten är kopplat till det ursprungliga konceptet som Avogadro föreslog för mullvaden. Han definierade en mol som antalet partiklar i exakt 12 gram av ett 100 % rent prov av kol-12-isotopen. På den tiden var detta antal inte känt, men idag är det; dess värde kallas Avogadros nummer och är ungefär 6 022,10 ²³ (det för närvarande accepterade värdet för detta nummer är exakt 6 0221367,10 ²³ partiklar per mol).

När Avogadros antal har bestämts kan massan av en enda kolatom 12. Att dividera detta värde med 12 ger värdet på atommassaenheten. Relationen är väldigt enkel:

Om, per definition, en mol kol-12-atomer väger exakt 12 gram, och vi vet att det finns 6 0221367,10 ²³ atomer i 1 mol, så väger varje kol-12-atom:

Nu, med hjälp av definitionen av atommassaenheten, får vi:

Därför har atommassaenheten ett värde på 1,660540,10 ^-27 kg

Varför använda uma?

Vilken massa som helst, inklusive den för en atom, kan uttryckas i vilken massaenhet som helst, från gram, pund och uns till metriska ton; vissa är dock bekvämare än andra beroende på fallet. Till exempel är det vanligt att representera vår egen vikt i pounds eller kilogram, men inte ton. Vi skulle inte heller uttrycka massan av en Boeing 747 i gram eller milligram; vi skulle förmodligen göra det i ton.

Med samma logik, och med tanke på att atomer är extremt små, är det inte bekvämt att använda någon av dessa enheter för att uttrycka atommassa. Det är därför atommassenheten existerar, eftersom den gör att massan av atomer kan representeras på ett bekvämare sätt.

Eftersom atomer är mycket små skulle man förvänta sig att atommassaenheten är lika liten.

Atommassenheten och masstalet

En slump både lyckligt och olyckligt är att definitionen av atommassenheten gör att de uttryckta massorna av atomer har ett numeriskt värde mycket likt det kända masstalet. Det senare indikerar det totala antalet nukleoner, det vill säga av protoner och neutroner som finns i en atoms kärna. Faktum är att i fallet med kol-12-atomen, anger 12 exakt masstalet och endast för denna atom sammanfaller detta nummer exakt med atomens massa uttryckt i amu.

Eftersom kol-12-kärnan innehåller 6 protoner och 6 neutroner, representerar atommassaenheten på ett sätt en medelmassa mellan de två nukleonerna. Av denna anledning är masstalet för de flesta atomer mycket likt dess atommassa uttryckt i amu. Men de är inte samma, och de hänvisar inte ens till samma fysiska storheter. Massnumret är inte en massa, även om dess namn antyder det.

Atommassan kontra molmassan av en atom

Slutligen är det värt att göra ett ytterligare förtydligande kring termerna atomvikt, atommassa och molmassa för en atom. När vi talar om atomvikt eller atommassa menar vi vikten eller massan av en enskild atom. Till exempel, uttryckt i dalton, är atommassan för kol-12 12 amu, som vi såg tidigare.

Det är dock vanligt att många elever felaktigt säger att kolets atommassa är 12 g eller sämre, 12 g/mol. Det första felet är avsevärt allvarligt, eftersom en enda kolatom, något så liten att den bara kan ses genom världens mest avancerade mikroskop, sägs ha en massa på 12 g, vilket mycket väl kan motsvara en stor sked socker.

Det andra misstaget är mycket vanligare, så mycket att många professionella kemister begår det: de blandar ihop atommassan (det vill säga massan av en atom) med molmassan av en atom (det vill säga massan av en mol av atomer). Förvirringen uppstår från det faktum att, på grund av definitionen av atommassaenheten och molen, är molmassan i g/mol numeriskt lika med atommassan i amu.

Exempel på användning av atommassaenheten

• Massan av en kol-13-atom i atommassaenheter är 13,003355 amu.
• Den genomsnittliga atommassan för grundämnet kol (inte för en viss kolatom) är 12,0107 amu (detta består av det viktade medelvärdet av massorna av de naturligt förekommande isotoper av kol, C-12 och C-13) .
• PG5-polymer är den största molekyl som någonsin skapats av människan och har en massa på mer än 200 miljoner dalton eller amu. Följande bild visar strukturen av monomeren som utgör den.

• DNA-molekylen i det mänskliga genomet har cirka 3,3 miljarder baspar och en massa på cirka 2.2.10 ¹² amu.

• Massan för en person som väger 75 kg i atommassaenheter är 4 417,10 ²⁸ amu.

Referenser

• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemistry (10:e upplagan). New York, NY: MCGRAW-HILL.
• Integrated DNA Technologies (nd). Molekylära fakta och siffror . Hämtad från https://sfvideo.blob.core.windows.net/sitefinity/docs/default-source/biotech-basics/molecular-facts-and-figures.pdf?sfvrsn=4563407_4
• Lazalde, A. (2011). PG5, den största molekylen som någonsin skapats . Återställd från https://hipertextual.com/2011/01/pg5-la-molecula-mas-grande-jamas-creada
• Marin-Becerra, Armando och Moreno-Esparza, Rafael. (2010). Relativa massor och mullvad: En enkel demonstration av ett svårt koncept . Chemical Education ,  21 (4), 287-290. Hämtad den 13 juli 2021 från http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2010000400005&lng=es&tlng=es .
• Veldhiuis, D. (2011). Trädliknande jätte är den största molekyl som någonsin gjorts ( 2011). Ny vetenskapsman . Hämtad från https://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/