Hvad er en atommasseenhed eller AMU?

Atommasseenheden (amu), også kaldet den forenede atommasseenhed eller dalton (Da), er en meget lille masseenhed, der bruges til at udtrykke massen af ​​atomer i form af massen af ​​et atom i isotopen af ​​kulstof 12 . Det er defineret som en tolvtedel af massen af ​​carbon-12-atomet, når det ikke er bundet til noget andet atom.

Definitionen af ​​atommasseenheden tildeler kulstof-12-atomet en masse på nøjagtigt 12 amu. Ved at bruge denne enhed udtrykkes massen af ​​alle andre atomer som et multiplum eller submultiplum af massen af ​​carbon-12-atomet. Af denne grund var atommasseenheden på tidspunktet for dens oprettelse blot endnu en relativ skala af atommasse, svarende til andre, der allerede var blevet postuleret indtil da. Men da den faktiske masse af carbonatomet blev bestemt og den absolutte værdi af atommasseenheden således kunne fastslås, blev amuen en absolut masseskala på samme måde som gram, pund og ton. .

Værdien af ​​atommasseenheden

Konceptet og værdien af ​​atommasseenheden er knyttet til det oprindelige koncept, som Avogadro foreslog for muldvarpen. Han definerede en muldvarp som antallet af partikler i præcis 12 gram af en 100% ren prøve af kulstof-12-isotopen. Dengang kendte man ikke dette tal, men i dag er det; dens værdi kaldes Avogadros tal og er cirka 6.022,10 ²³ (den i øjeblikket accepterede værdi for dette tal er nøjagtigt 6.0221367.10 ²³ partikler pr. mol).

Når først Avogadros tal er bestemt, kan massen af ​​et enkelt carbonatom 12 kendes. Ved at dividere denne værdi med 12 får du værdien af ​​atommasseenheden. Forholdet er meget enkelt:

Hvis, per definition, et mol carbon-12-atomer vejer nøjagtigt 12 gram, og vi ved, at der er 6.0221367.10 ²³ atomer i 1 mol, så vejer hvert carbon-12-atom:

Nu, ved at bruge definitionen af ​​atommasseenheden, får vi:

Derfor har atommasseenheden en værdi på 1.660540,10 ^-27 kg

Hvorfor bruge uma?

Enhver masse, inklusive et atoms, kan udtrykkes i enhver masseenhed, fra gram, pounds og ounces til metriske tons; nogle er dog mere bekvemme end andre afhængigt af sagen. For eksempel er det almindeligt at repræsentere vores egen vægt i pounds eller kilogram, men ikke tons. Vi ville heller ikke udtrykke massen af ​​en Boeing 747 i gram eller milligram; vi ville nok gøre det i tons.

Ved at bruge den samme logik og i betragtning af, at atomer er ekstremt små, er det ikke praktisk at bruge nogen af ​​disse enheder til at udtrykke atommasse. Det er derfor, at atommasseenheden eksisterer, da den tillader massen af ​​atomer at blive repræsenteret på en mere bekvem måde.

Da atomer er meget små, ville man forvente, at atommasseenheden er lige så lille.

Atommasseenheden og massetallet

En tilfældighed både heldigt og uheldigt er, at definitionen af ​​atommasseenheden bevirker, at de udtrykte masser af atomer har en numerisk værdi, der ligner det kendte massetal. Sidstnævnte angiver det samlede antal nukleoner, det vil sige af protoner og neutroner, der er til stede i kernen af ​​et atom. Faktisk, i tilfælde af carbon-12-atomet, angiver 12 nøjagtigt massetallet, og kun for dette atom falder dette tal nøjagtigt sammen med atomets masse udtrykt i amu.

Da kulstof-12-kernen indeholder 6 protoner og 6 neutroner, repræsenterer atommasseenheden på en måde en gennemsnitlig masse mellem de to nukleoner. Af denne grund er massetallet for de fleste atomer meget lig dets atommasse udtrykt i amu. De er dog ikke de samme, og de refererer heller ikke til de samme fysiske størrelser. Massetallet er ikke en masse, selvom navnet antyder det.

Atommassen kontra molmassen af ​​et atom

Endelig er det værd at lave en yderligere præcisering omkring begreberne atomvægt, atommasse og molmasse af et atom. Når vi taler om atomvægt eller atommasse, mener vi vægten eller massen af ​​et enkelt atom. For eksempel, udtrykt i dalton, er atommassen af ​​kulstof-12 12 amu, som vi så før.

Det er dog almindeligt, at mange elever fejlagtigt siger, at atommassen af ​​kulstof er 12 g eller værre, 12 g/mol. Den første fejl er betydeligt alvorlig, da et enkelt kulstofatom, noget så lille, at det kun kan ses gennem verdens mest avancerede mikroskoper, siges at have en masse på 12 g, hvilket meget vel kan svare til en stor skefuld af sukker.

Den anden fejl er meget mere almindelig, så meget, at mange professionelle kemikere begår den: de forveksler atommassen (det vil sige massen af ​​et atom) med molmassen af ​​et atom (det vil sige massen af ​​et mol af atomer). Forvirringen opstår ved, at molmassen i g/mol på grund af definitionen af ​​atommasseenheden og molen er numerisk lig med atommassen i amu.

Eksempler på brugen af ​​atommasseenheden

• Massen af ​​et kulstof-13-atom i atommasseenheder er 13,003355 amu.
• Den gennemsnitlige atommasse af grundstoffet kulstof (ikke af et bestemt kulstofatom) er 12,0107 amu (dette består af det vægtede gennemsnit af masserne af de naturligt forekommende isotoper af kulstof, C-12 og C-13) .
• PG5-polymer er det største molekyle nogensinde skabt af mennesket og har en masse på mere end 200 millioner dalton eller amu. Det følgende billede viser strukturen af ​​den monomer, der udgør den.

• DNA-molekylet i det menneskelige genom har cirka 3,3 milliarder basepar og en masse på cirka 2.2.10 ¹² amu.

• Massen af ​​en person, der vejer 75 kg i atommasseenheder, er 4.417,10 ²⁸ amu.

Referencer

• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kemi (10. udgave). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
• Integrerede DNA-teknologier (nd). Molekylære fakta og tal . 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 molekyle, der nogensinde er skabt . Gendannet fra https://hipertextual.com/2011/01/pg5-la-molecula-mas-grande-jamas-creada
• Marin-Becerra, Armando og Moreno-Esparza, Rafael. (2010). Relative masser og muldvarpen: En simpel demonstration af et vanskeligt koncept . Chemical Education ,  21 (4), 287-290. Hentet den 13. juli 2021 fra http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2010000400005&lng=es&tlng=es .
• Veldhiuis, D. (2011). Trælignende kæmpe er det største molekyle nogensinde lavet (2011). Ny videnskabsmand . Hentet fra https://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/