Τι είναι μια μονάδα ατομικής μάζας ή AMU;

Η μονάδα ατομικής μάζας (amu), που ονομάζεται επίσης μονάδα ενοποιημένης ατομικής μάζας ή dalton (Da), είναι μια πολύ μικρή μονάδα μάζας που χρησιμοποιείται για να εκφράσει τη μάζα των ατόμων ως προς τη μάζα ενός ατόμου του ισοτόπου του άνθρακα 12 . Ορίζεται ως το ένα δωδέκατο της μάζας του ατόμου άνθρακα-12 όταν δεν είναι συνδεδεμένο με κανένα άλλο άτομο.

Ο ορισμός της μονάδας ατομικής μάζας αποδίδει στο άτομο άνθρακα-12 μάζα ακριβώς 12 amu. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μονάδα, η μάζα όλων των άλλων ατόμων εκφράζεται ως πολλαπλάσιο ή υποπολλαπλάσιο της μάζας του ατόμου άνθρακα-12. Για το λόγο αυτό, τη στιγμή της δημιουργίας της, η μονάδα ατομικής μάζας ήταν απλώς μια άλλη σχετική κλίμακα ατομικής μάζας, παρόμοια με άλλες που είχαν ήδη υποτεθεί μέχρι τότε. Ωστόσο, όταν προσδιορίστηκε η πραγματική μάζα του ατόμου άνθρακα και έτσι μπορούσε να καθοριστεί η απόλυτη τιμή της μονάδας ατομικής μάζας, το amu έγινε απόλυτη κλίμακα μάζας με τον ίδιο τρόπο όπως το γραμμάριο, η λίβρα και ο τόνος.

Η τιμή της μονάδας ατομικής μάζας

Η έννοια και η τιμή της μονάδας ατομικής μάζας συνδέεται με την αρχική ιδέα που πρότεινε ο Avogadro για το mole. Όρισε ένα mole ως τον αριθμό των σωματιδίων σε ακριβώς 12 γραμμάρια ενός 100% καθαρού δείγματος του ισοτόπου άνθρακα-12. Εκείνη την εποχή, αυτός ο αριθμός δεν ήταν γνωστός, αλλά σήμερα είναι. Η τιμή του ονομάζεται αριθμός Avogadro και είναι περίπου 6.022,10 ²³ (η επί του παρόντος αποδεκτή τιμή για αυτόν τον αριθμό είναι ακριβώς 6.0221367,10 ²³ σωματίδια ανά mol).

Μόλις προσδιοριστεί ο αριθμός του Avogadro, μπορεί να γίνει γνωστή η μάζα ενός μεμονωμένου ατόμου άνθρακα 12. Διαιρώντας αυτή την τιμή με το 12 δίνεται η τιμή της μονάδας ατομικής μάζας. Η σχέση είναι πολύ απλή:

Εάν, εξ ορισμού, ένα mole ατόμων άνθρακα-12 ζυγίζει ακριβώς 12 γραμμάρια και γνωρίζουμε ότι υπάρχουν 6.0221367,10 ²³ άτομα σε 1 mole, τότε κάθε άτομο άνθρακα-12 ζυγίζει:

Τώρα, χρησιμοποιώντας τον ορισμό της μονάδας ατομικής μάζας, παίρνουμε:

Επομένως, η μονάδα ατομικής μάζας έχει τιμή 1.660540,10 ^-27 kg

Γιατί να χρησιμοποιήσετε το uma;

Οποιαδήποτε μάζα, συμπεριλαμβανομένης της μάζας ενός ατόμου, μπορεί να εκφραστεί σε οποιαδήποτε μονάδα μάζας, από γραμμάρια, λίβρες και ουγγιές έως μετρικούς τόνους. ωστόσο κάποια είναι πιο βολικά από άλλα ανάλογα με την περίπτωση. Για παράδειγμα, είναι σύνηθες να αντιπροσωπεύουμε το δικό μας βάρος σε λίβρες ή κιλά, αλλά όχι σε τόνους. Ούτε θα εκφράσαμε τη μάζα ενός Boeing 747 σε γραμμάρια ή χιλιοστόγραμμα. μάλλον θα το κάναμε σε τόνους.

Χρησιμοποιώντας αυτήν την ίδια λογική, και λαμβάνοντας υπόψη ότι τα άτομα είναι εξαιρετικά μικρά, δεν είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε οποιαδήποτε από αυτές τις μονάδες για να εκφράσετε την ατομική μάζα. Γι’ αυτό υπάρχει η μονάδα ατομικής μάζας, αφού επιτρέπει την αναπαράσταση της μάζας των ατόμων με πιο βολικό τρόπο.

Δεδομένου ότι τα άτομα είναι πολύ μικρά, θα περίμενε κανείς ότι η μονάδα ατομικής μάζας θα ήταν εξίσου μικρή.

Η μονάδα ατομικής μάζας και ο αριθμός μάζας

Μια σύμπτωση τόσο τυχερή όσο και ατυχής είναι ότι ο ορισμός της μονάδας ατομικής μάζας κάνει τις εκφρασμένες μάζες των ατόμων να έχουν μια αριθμητική τιμή πολύ παρόμοια με τον γνωστό μαζικό αριθμό. Το τελευταίο δείχνει τον συνολικό αριθμό των νουκλεονίων, δηλαδή των πρωτονίων και των νετρονίων που υπάρχουν στον πυρήνα ενός ατόμου. Στην πραγματικότητα, στην περίπτωση του ατόμου άνθρακα-12, το 12 δείχνει ακριβώς τον μαζικό αριθμό και, μόνο για αυτό το άτομο, αυτός ο αριθμός συμπίπτει ακριβώς με τη μάζα του ατόμου που εκφράζεται σε amu.

Δεδομένου ότι ο πυρήνας άνθρακα-12 περιέχει 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια, η μονάδα ατομικής μάζας αντιπροσωπεύει, κατά κάποιο τρόπο, μια μέση μάζα μεταξύ των δύο νουκλεονίων. Για το λόγο αυτό, για τα περισσότερα άτομα ο μαζικός αριθμός είναι πολύ παρόμοιος με την ατομική του μάζα που εκφράζεται σε amu. Ωστόσο, δεν είναι τα ίδια, ούτε καν αναφέρονται στα ίδια φυσικά μεγέθη. Ο μαζικός αριθμός δεν είναι μάζα, αν και το υποδηλώνει το όνομά του.

Η ατομική μάζα έναντι της μοριακής μάζας ενός ατόμου

Τέλος, αξίζει να γίνει μια επιπλέον διευκρίνιση γύρω από τους όρους ατομικό βάρος, ατομική μάζα και μοριακή μάζα ατόμου. Όταν μιλάμε για ατομικό βάρος ή ατομική μάζα, εννοούμε το βάρος ή τη μάζα ενός μόνο ατόμου. Για παράδειγμα, εκφρασμένη σε dalton, η ατομική μάζα του άνθρακα-12 είναι 12 amu, όπως είδαμε προηγουμένως.

Ωστόσο, είναι σύνηθες για πολλούς μαθητές να λένε, λανθασμένα, ότι η ατομική μάζα του άνθρακα είναι 12 g ή χειρότερα, 12 g/mol. Το πρώτο σφάλμα είναι πολύ σοβαρό, καθώς ένα μόνο άτομο άνθρακα, κάτι τόσο μικρό που μπορεί να φανεί μόνο μέσω των πιο προηγμένων μικροσκοπίων στον κόσμο, λέγεται ότι έχει μάζα 12 g, που μπορεί κάλλιστα να ισοδυναμεί με μια μεγάλη κουταλιά ζάχαρη.

Το δεύτερο λάθος είναι πολύ πιο συνηθισμένο, τόσο πολύ που το διαπράττουν πολλοί επαγγελματίες χημικοί: μπερδεύουν την ατομική μάζα (δηλαδή τη μάζα ενός ατόμου) με τη μοριακή μάζα ενός ατόμου (δηλαδή τη μάζα ενός mole των ατόμων). ). Η σύγχυση προκύπτει από το γεγονός ότι, λόγω του ορισμού της μονάδας ατομικής μάζας και του mole, η μοριακή μάζα σε g/mol είναι αριθμητικά ίση με την ατομική μάζα σε amu.

Παραδείγματα χρήσης της μονάδας ατομικής μάζας

• Η μάζα ενός ατόμου άνθρακα-13 σε μονάδες ατομικής μάζας είναι 13,003355 amu.
• Η μέση ατομική μάζα του στοιχείου άνθρακα (όχι ενός συγκεκριμένου ατόμου άνθρακα) είναι 12,0107 amu (αυτή αποτελείται από το σταθμισμένο μέσο όρο των μαζών των φυσικώς απαντώμενων ισοτόπων άνθρακα, C-12 και C-13).
• Το πολυμερές PG5 είναι το μεγαλύτερο μόριο που δημιουργήθηκε ποτέ από τον άνθρωπο και έχει μάζα μεγαλύτερη από 200 εκατομμύρια daltons ή amu. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τη δομή του μονομερούς που το αποτελεί.

• Το μόριο DNA του ανθρώπινου γονιδιώματος έχει περίπου 3,3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων και μάζα περίπου 2,2,10 ¹² amu.

• Η μάζα ενός ατόμου που ζυγίζει 75 kg σε μονάδες ατομικής μάζας είναι 4.417,10 ²⁸ amu.

βιβλιογραφικές αναφορές

• Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Χημεία (10η έκδ.). Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη: MCGRAW-HILL.
• Ολοκληρωμένες Τεχνολογίες DNA (η). Μοριακά Γεγονότα και Αριθμοί . Ανακτήθηκε από https://sfvideo.blob.core.windows.net/sitefinity/docs/default-source/biotech-basics/molecular-facts-and-figures.pdf?sfvrsn=4563407_4
• Lazalde, A. (2011). PG5, το μεγαλύτερο μόριο που δημιουργήθηκε ποτέ . Ανακτήθηκε από https://hipertextual.com/2011/01/pg5-la-molecula-mas-grande-jamas-creada
• Marin-Becerra, Armando, & Moreno-Esparza, Rafael. (2010). Σχετικές μάζες και ο τυφλοπόντικας: Μια απλή επίδειξη μιας δύσκολης ιδέας . Chemical Education ,  21 (4), 287-290. Ανακτήθηκε στις 13 Ιουλίου 2021, από http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2010000400005&lng=es&tlng=es .
• Veldhiuis, D. (2011). Ο γίγαντας που μοιάζει με δέντρο είναι το μεγαλύτερο μόριο που δημιουργήθηκε ποτέ (2011). Νέος Επιστήμονας . Ανακτήθηκε από https://www.newscientist.com/article/dn19931-tree-like-giant-is-largest-molecule-ever-made/