หน่วยมวลอะตอมหรือ AMU คืออะไร?

หน่วยมวลอะตอม (amu) เรียกอีกอย่างว่าหน่วยมวลอะตอมเอกภาพหรือดาลตัน (Da) เป็นหน่วยมวลขนาดเล็กมากที่ใช้แสดงมวลของอะตอมในแง่ของมวลของอะตอมของไอโซโทปของคาร์บอน 12 มันถูกกำหนดให้เป็นมวลหนึ่งในสิบสองของอะตอมของคาร์บอน-12 เมื่อมันไม่ได้สร้างพันธะกับอะตอมอื่นใด

คำจำกัดความของหน่วยมวลอะตอมกำหนดให้อะตอมของคาร์บอน-12 มีมวลเท่ากับ 12 amu การใช้หน่วยนี้ มวลของอะตอมอื่นๆ ทั้งหมดจะแสดงเป็นมวลทวีคูณหรือผลคูณย่อยของมวลของอะตอมคาร์บอน-12 ด้วยเหตุนี้ ในช่วงเวลาของการสร้าง หน่วยมวลอะตอมจึงเป็นเพียงมาตราส่วนสัมพัทธ์ของมวลอะตอม เช่นเดียวกับหน่วยอื่นๆ ที่มีการสมมุติขึ้นมาจนถึงตอนนั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อมวลที่แท้จริงของอะตอมของคาร์บอนถูกกำหนดและสามารถกำหนดค่าสัมบูรณ์ของหน่วยมวลอะตอมได้ ดังนั้น amu จึงกลายเป็นมาตราส่วนของมวลสัมบูรณ์ในลักษณะเดียวกับกรัม ปอนด์ และตัน

ค่าของหน่วยมวลอะตอม

แนวคิดและค่าของหน่วยมวลอะตอมเชื่อมโยงกับแนวคิดดั้งเดิมที่ Avogadro เสนอสำหรับโมล เขากำหนดโมลเป็นจำนวนของอนุภาคใน 12 กรัมของตัวอย่างบริสุทธิ์ 100% ของไอโซโทปคาร์บอน-12 ในเวลานั้นยังไม่ทราบจำนวนนี้ แต่ปัจจุบันเป็นแล้ว ค่าของมันเรียกว่าเลขอาโวกาโดรและมีค่าประมาณ 6,022.10 ²³ (ค่าที่ยอมรับในปัจจุบันสำหรับตัวเลขนี้คือ 6,0221367.10 ²³อนุภาคต่อโมลพอดีเป๊ะ)

เมื่อหาเลขของ Avogadro ได้แล้ว ก็จะทราบมวลของคาร์บอน 12 อะตอม 1 ตัว การหารค่านี้ด้วย 12 จะได้ค่าของหน่วยมวลอะตอม ความสัมพันธ์นั้นง่ายมาก:

ถ้าตามคำนิยาม หนึ่งโมลของคาร์บอน-12 อะตอมหนัก 12 กรัมพอดี และเรารู้ว่ามี 6,0221367.10 ²³อะตอมใน 1 โมล ดังนั้นแต่ละอะตอมของคาร์บอน-12 จะมีน้ำหนัก:

ตอนนี้ใช้คำจำกัดความของหน่วยมวลอะตอม เราได้รับ:

ดังนั้นหน่วยมวลอะตอมจึงมีค่าเท่ากับ 1,660540.10 ^-27กก

ทำไมต้องใช้ uma?

มวลใดๆ รวมทั้งมวลของอะตอมสามารถแสดงเป็นหน่วยของมวลใดๆ ก็ได้ ตั้งแต่กรัม ปอนด์ ออนซ์ ไปจนถึงเมตริกตัน อย่างไรก็ตามบางอันจะสะดวกกว่าอย่างอื่นขึ้นอยู่กับกรณี ตัวอย่างเช่น เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงน้ำหนักของเราเป็นปอนด์หรือกิโลกรัม แต่ไม่ใช่ตัน เราจะไม่แสดงมวลของโบอิ้ง 747 เป็นกรัมหรือมิลลิกรัม เราคงทำได้เป็นตัน

การใช้ตรรกะเดียวกันนี้ และพิจารณาว่าอะตอมมีขนาดเล็กมาก จึงไม่สะดวกที่จะใช้หน่วยเหล่านี้เพื่อแสดงมวลอะตอม นั่นคือเหตุผลที่หน่วยมวลอะตอมมีอยู่ เนื่องจากช่วยให้สามารถแสดงมวลของอะตอมในวิธีที่สะดวกกว่า

เนื่องจากอะตอมมีขนาดเล็กมาก จึงคาดว่าหน่วยมวลอะตอมจะเล็กเท่ากัน

หน่วยมวลอะตอมและเลขมวล

ความบังเอิญทั้งโชคดีและโชคร้ายคือคำจำกัดความของหน่วยมวลอะตอมทำให้มวลของอะตอมที่แสดงออกมามีค่าเป็นตัวเลขใกล้เคียงกับเลขมวลที่ทราบ ตัวหลังระบุจำนวนนิวคลีออนทั้งหมด นั่นคือ โปรตอนและนิวตรอนที่มีอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม ในความเป็นจริง ในกรณีของอะตอมคาร์บอน-12 เลข 12 ระบุเลขมวลอย่างแม่นยำ และสำหรับอะตอมนี้เท่านั้น เลขนี้ตรงกับมวลของอะตอมที่แสดงเป็นอามู

เนื่องจากนิวเคลียสของคาร์บอน-12 ประกอบด้วยโปรตอน 6 ตัวและนิวตรอน 6 ตัว หน่วยมวลอะตอมจึงแทนมวลเฉลี่ยระหว่างนิวคลีออนทั้งสอง ด้วยเหตุนี้ สำหรับอะตอมส่วนใหญ่ เลขมวลจึงใกล้เคียงกับมวลอะตอมที่แสดงเป็นอามูมาก อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่เหมือนกันและไม่ได้หมายถึงปริมาณทางกายภาพที่เหมือนกันด้วยซ้ำ เลขมวลไม่ใช่มวล แม้ว่าชื่อจะสื่อความหมายก็ตาม

มวลอะตอมกับมวลโมลาร์ของอะตอม

ประการสุดท้าย ควรชี้แจงเพิ่มเติมเกี่ยวกับข้อกำหนดน้ำหนักอะตอมมวลอะตอม และมวลโมลาร์ของอะตอม เมื่อเราพูดถึงน้ำหนักอะตอมหรือมวลอะตอม เราหมายถึงน้ำหนักหรือมวลของอะตอมเดี่ยว ตัวอย่างเช่น แสดงเป็นดาลตัน มวลอะตอมของคาร์บอน-12 คือ 12 amu ดังที่เราเห็นก่อนหน้านี้

อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องปกติที่นักเรียนหลายคนจะพูดผิดๆ ว่ามวลอะตอมของคาร์บอนคือ 12 กรัม หรือแย่กว่านั้นคือ 12 กรัม/โมล ข้อผิดพลาดประการแรกถือว่าร้ายแรงมาก เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนเดี่ยว ซึ่งเป็นบางสิ่งที่เล็กมากจนสามารถมองเห็นได้ผ่านกล้องจุลทรรศน์ที่ทันสมัยที่สุดในโลกเท่านั้น มีมวล 12 กรัม ซึ่งอาจจะเทียบเท่ากับช้อนขนาดใหญ่ น้ำตาล.

ข้อผิดพลาดประการที่สองเกิดขึ้นบ่อยมาก มากจนนักเคมีมืออาชีพหลายคนยอมรับ: พวกเขาสับสนระหว่างมวลอะตอม (นั่นคือ มวลของอะตอมหนึ่งอะตอม) กับมวลโมลาร์ของอะตอม (นั่นคือ มวลของหนึ่งโมล ของอะตอม). ). ความสับสนเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่า เนื่องจากคำจำกัดความของหน่วยมวลอะตอมและโมล มวลโมลาร์ในหน่วย g/mol จึงมีค่าเท่ากับมวลอะตอมในหน่วย amu

ตัวอย่างการใช้หน่วยมวลอะตอม

• มวลของอะตอมของคาร์บอน-13 ในหน่วยมวลอะตอมคือ 13.003355 amu
• มวลอะตอมเฉลี่ยของธาตุคาร์บอน (ไม่ใช่ของคาร์บอนอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ) คือ 12.0107 amu (ซึ่งประกอบด้วยค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของมวลของไอโซโทปคาร์บอนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ C-12 และ C-13)
• พอลิเมอร์ PG5 เป็นโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดที่มนุษย์สร้างขึ้น และมีมวลมากกว่า 200 ล้านดาลตันหรืออามู ภาพต่อไปนี้แสดงโครงสร้างของโมโนเมอร์ที่ประกอบขึ้น

• โมเลกุล DNA ของจีโนมมนุษย์มีเบสประมาณ 3.3 พันล้านคู่ และมีมวลประมาณ 2.2.10 ¹² amu

• มวลของคนที่หนัก 75 กก. ในหน่วยมวลอะตอมคือ 4,417.10 ²⁸ amu

อ้างอิง

• Chang, R., Manzo, Á. ร. โลเปซ PS และเฮอร์รานซ์ ZR (2020) เคมี (ฉบับที่ 10) นครนิวยอร์ก รัฐนิวยอร์ก: MCGRAW-HILL
• เทคโนโลยี DNA แบบบูรณาการ (nd) ข้อเท็จจริงและตัวเลขระดับโมเลกุล สืบค้นจากhttps://sfvideo.blob.core.windows.net/sitefinity/docs/default-source/biotech-basics/molecular-facts-and-figures.pdf?sfvrsn=4563407_4
• Lazalde, A. (2011). PG5 ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดที่เคยสร้างมา กู้คืนจากhttps://hipertextual.com/2011/01/pg5-la-molecula-mas-grande-jamas-creada
• มาริน-เบเซรา, อาร์มันโด, โมเรโน-เอสปาร์ซา, ราฟาเอล (2553). มวลสัมพัทธ์และโมล: การสาธิตอย่างง่ายของแนวคิดที่ยาก เคมีศึกษา ,  21 (4), 287-290. สืบค้นเมื่อวัน ที่13 กรกฎาคม 2021 จากhttp://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2010000400005&lng=es&tlng=es
• เวลดิอุยส์, D. (2011). ยักษ์ที่เหมือนต้นไม้เป็นโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดที่เคยสร้างมา (2011) นักวิทยาศาสตร์ใหม่ สืบค้นจากhttps://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/