Jednostka masy atomowej

Jednostka fizyczna
Nazwa jednostki	Jednostka masy atomowej
Symbol jednostki	${\ styl wyświetlania \ matematyka {u}}$, ${\ styl wyświetlania \ matematyka {da}}$
Wielkość fizyczna (y)	Wymiary
Symbol formuły	${\ styl wyświetlania m}$
wymiar	${\ styl wyświetlania {\ matematyka {M}}}$
system	Zatwierdzony do użytku z SI
W jednostkach SI	${\ displaystyle \ mathrm {1 \, u = 1 {,} 660 \, 539 \, 066 \, 60 (50) \ cdot 10 ^ {- 27} \; kg}}$

Jednostki masy atomowej (jednostki symbolu: u o u nified jednostka masy atomowej ), to urządzenie z masą . Jego wartość jest ¹ / ₁₂ masa z atomem do węgla - izotop ¹² zdefiniowano C. Atomowa jednostka masy została zatwierdzona do użytku z Międzynarodowym Układem Jednostek (SI) i jest legalną jednostką miary .

Stosuje się go przy określaniu nie tylko mas atomowych, ale również mas cząsteczkowych . W biochemii , w USA również w chemii organicznej , jednostka masy atomowej jest również znana jako dalton (symbol jednostki: Da ), nazwana na cześć angielskiego przyrodnika Johna Daltona .

Wybrana w ten sposób jednostka masy atomowej ma praktycznie użyteczną właściwość, że wszystkie znane masy jądrowe i atomowe są bliskie całkowitym wielokrotnościom u; odchylenia są we wszystkich przypadkach mniejsze niż 0,1 u. Całkowita liczba, o której mowa, nazywana jest liczbą masową jądra lub atomu i jest równa liczbie nukleonów w jądrze.

Ponadto masa atomowa lub cząsteczkowa w jednostce u (lub Da) ma taką samą wartość liczbową jak masa mola tej substancji w gramach. Masę dużych cząsteczek, takich jak białka , DNA i inne biomolekuły często charakteryzuje się kilodaltony, ponieważ nie ma ich w liczbie Istnieją różnice w specyfikacji w kg / mol.

definicja

1 u definiuje się jako jedną dwunastą masy wyizolowanego atomu izotopu węgla ¹² C w stanie podstawowym . Obecnie zalecana wartość to

${\ displaystyle 1 \, \ mathm {u} = 1 {,} 660 \, 539 \, 066 \, 60 (50) \ cdot 10 ^ {- 27} \, \ mathrm {kg}}$lub ze względu na równoważność masy i energii

${\ displaystyle 1 \, \ mathm {u} = 931 {,} 494 \, 102 \, 42 (28) \, \ mathrm {MeV} / \ mathrm {c} ^ {2}}$.

Konwersja do jednostki SI kilogramów wyników

${\ displaystyle 1 \, \ matematyka {kg} = 6 {,} 022 \, 140 \, 7621 (18) \ cdot 10 ^ {26} \, \ matematyka {u}}$ lub.

${\ displaystyle 1 \; \; \, \ mathrm {g} = 6 {,} 022 \, 140 \, 7621 (18) \ cdot 10 ^ {23} \, \ mathrm {u}}$.

Ponieważ jądro atomu węgla ¹² zawiera 12 nukleonów , jednostka u jest w przybliżeniu równa masie nukleonu, czyli protonu lub neutronu . Dlatego wartość liczbowa masy atomowej w u w przybliżeniu odpowiada liczbie masowej lub liczbie nukleonowej, tj. liczbie ciężkich składników rdzenia atomu.

Stosunek do masy molowej

Do czasu redefinicji jednostek SI w 2019 r. mol był definiowany jako ilość substancji, która składa się z tylu pojedynczych cząstek, ile jest atomów w 12 g węgla ¹² C. Jednostka masy atomowej i mol zostały zatem określone przez ten sam atom ¹² C. Dało to dokładnie taką samą wartość liczbową masy cząstki w u i jej masy molowej wg/mol. Innymi słowy: 1 U ·  N  = 1 g / mol. Avogadro stała N , to liczba cząsteczek na mol, musi być określona doświadczalnie według tej definicji i podlegała niepewnością.

Od 2019 N _A nie zależy od masy ¹² atomem węgla, ale jest dokładnie określona przez definicji. Dlatego masa cząstki w u i masa molowa w g nie mają już dokładnie tej samej wartości liczbowej. Jednak odchylenie jest niezwykle małe i nieistotne w praktyce:

${\ displaystyle M _ {\ tekst {u}} = 1 \, {\ tekst {u}} \ cdot N _ {\ tekst {A}} = 0 {,} 999 \, 999 \, 999 \, 65 ( 30) \, {\ tekst {g}} / {\ tekst {mol}}}$

Poprzednie definicje

Do 1960 jednostka masy atomowej była definiowana jako ¹ ⁄ ₁₆ masy atomu tlenu . Chemicy odnieśli się do średniej masy atomu w naturalnie występującej mieszaninie izotopów pierwiastka O, fizycy zaś do masy atomu głównego izotopu ¹⁶ O. W obu przypadkach jednostkę tę nazwano amu ( masa atomowa). Jednostka ).

Różnica między definicją „chemiczną” a definicją „fizyczną” (+ 2,8 · ^10-4 ) była powodem wprowadzenia ujednoliconej definicji. O negocjacjach w komisjach kompetentnych opowiada się anegdotycznie, że chemicy początkowo nie byli gotowi zgodzić się na definicję fizyków z ¹⁶ O, ponieważ skutkowałoby to „znacznymi stratami” w sprzedaży substancji chemicznych. W końcu fizycy przekonali chemików sugestią, aby jako podstawę przyjąć ¹² C, przez co różnica w definicji chemicznej była nie tylko znacznie mniejsza (-3,7 · ^10-5 ), ale także szła we „właściwym kierunku”. pozytywny wpływ na przychody ze sprzedaży.

Związek ma zastosowanie między nową i dwiema przestarzałymi wartościami jednostki

${\ displaystyle 1 \, \ mathrm {u _ {(od \, 1961)}} = 1 {,} 000 \, 317 \, 9 \, \ mathrm {amu _ {(do \, 1960, \, fiz) }} = 1 {,} 000 \, 037 \, \ mathrm {amu _ {(do \, 1960, \, chem)}}}$

Różnica między starą definicją fizyczną a dzisiejszą wynika z wady masy , która jest wyższa w ¹⁶ O niż w ¹² C.

posługiwać się

Masy w zakresie mikroskopowym często można podać dokładniej w jednostkach masy atomowej niż w (kilo-)gramach, ponieważ masa odniesienia ( ¹² atomów C) jest również mikroskopijna. Masa protonu i neutronu jest znana znacznie dokładniej w u niż w kg (lub MeV / c ² ).

W broszurze Międzynarodowego Biura Miar i Wag („Broszura SI”) atomowa jednostka masy znajduje się na liście „Jednostek innych niż SI zatwierdzonych do użytku z SI”. W wydaniu 8 (2006) po raz pierwszy dodano nazwę jednostki „Dalton”, jako synonim u. Wydanie 9 (2019) wspomina tylko o Dalton i zauważa w przypisie, że „jednostka masy atomowej (u) „To alternatywna nazwa tej samej jednostki. Termin „Dalton” nie występuje w przepisach prawnych dyrektywy UE 80/181/EWG dla krajów UE oraz w Federalnej Ustawie Metrologii w Szwajcarii.

Stosowanie przedrostków dla wielokrotności i części dziesiętnych jest dozwolone zarówno dla jednostki masy atomowej, jak i daltona . Powszechnie używa się kilodaltona, 1 kDa = 1000 Da i megadaltona, 1 MDa = 1 000 000 Da.

Przykłady

• Atom węgla Izotop ¹² C jest z definicji masę 12 u.
• Atom wodoru izotopu ¹ H posiada masę 1,007 825 0 u.
• Jedna cząsteczka znanego składnika aktywnego kwasu acetylosalicylowego (aspiryny) ma masę 180,16 u.
• Jedna cząsteczka małego peptydowego hormonu insuliny ma masę 5808 u.
• Jedna cząsteczka aktyny białkowej (jednego z najczęstszych białek u eukariontów ) ma masę około 42 ku.

Indywidualne dowody

1. ↑ ^{a b} Międzynarodowy Układ Jednostek (SI) . Niemieckie tłumaczenie broszury BIPM „Le Système international d'unités / Międzynarodowy układ jednostek (wydanie 8e, 2006)”. W: PTB-Mitteilungen . taśma 117 , nr. 2 , 2007 ( Online [PDF; 1.4 MB ]). 
2. ↑ ^{a b c} Le Système international d'unités . Wydanie 9e, 2019 (tzw. „broszura SI”), s. 33 (francuski) i s. 146 (angielski).
3. ↑ na podstawie dyrektywy UE 80/181/EWG w krajach UE lub federalnej ustawy metrologicznej w Szwajcarii.
4. ↑ Josef Mattauch: Jednostki miary mas atomowych i mas nuklidów. W: Journal of Nature Research A . 13, 1958, s. 572-596 ( online ).
5. ↑ Zalecane wartości CODATA. National Institute of Standards and Technology, dostęp 20 maja 2019 r .  Wartość u w jednostce kg. Liczby w nawiasach oznaczają niepewność w ostatnich cyfrach wartości; niepewność tę podaje się jako szacunkowe odchylenie standardowe określonej wartości liczbowej od wartości rzeczywistej.
6. ↑ Zalecane wartości CODATA. National Institute of Standards and Technology, dostęp 20 maja 2019 r .  Wartość u w jednostce MeV / c ² . Liczby w nawiasach oznaczają niepewność w ostatnich cyfrach wartości; niepewność tę podaje się jako szacunkowe odchylenie standardowe określonej wartości liczbowej od wartości rzeczywistej.
7. ↑ Zalecane wartości CODATA. National Institute of Standards and Technology, dostęp 24 sierpnia 2019 r . 
8. ↑ Aaldert Wapstra , cytowany z G. Audi, The History of Nuclidic Masss and of their Evaluation, Int.J. Mass Spectr.Ion Process. 251 (2006) 85-94, arxiv
9. ↑ Arkusz danych protonowych z Review of Particle Physics , PA Zyla et al. ( Particle Data Group ), Prog. Teorii. Eksp.fizyczne Aktualizacja 2020, 083C01 (2020) i 2021, dostęp 6 lipca 2021 r. Należy zauważyć, że z definicji istnieje ściśle określona zależność między MeV / c ² a kg. MeV / c ² nie ma zatem mikroskopijne masy referencyjnej; jest to miara makroskopowa, taka jak kilogram.