Atommasseenhet

Fysisk enhet
Enhetsnavn	Atommasseenhet
Enhetssymbol	${\ displaystyle \ mathrm {u}}$, ${\ displaystyle \ mathrm {Da}}$
Fysisk mengde (r)	Dimensjoner
Formel symbol	${\ displaystyle m}$
dimensjon	${\ displaystyle {\ mathsf {M}}}$
system	Godkjent for bruk med SI
I SI-enheter	${\ displaystyle \ mathrm {1 \, u = 1 {,} 660 \, 539 \, 066 \, 60 (50) \ cdot 10 ^ {- 27} \; kg}}$

Den atommasseenhet (enhet symbol: u i u nified atommasseenhet ) er en enhet av masse . Dens verdi er å ^{Anmeldelse for 1.} / ₁₂ massen til et atom av karbon - isotopen ¹² definert C. Atomenheten til masse er godkjent for bruk med det internasjonale systemet for enheter (SI) og er en lovlig måleenhet .

Den brukes når du spesifiserer ikke bare atomare, men også molekylære masser . I biokjemi , i USA også innen organisk kjemi , er atommasseenheten også kjent som dalton (enhetssymbol: Da ), oppkalt etter den engelske naturforskeren John Dalton .

Atommasseenheten valgt på denne måten har den praktisk nyttige egenskapen at alle kjente kjernefysiske og atommasser er nær heltallsmultipler av u; avvikene er i alle tilfeller mindre enn 0,1 u. Hele tallet det er snakk om kalles massetallet til kjernen eller atomet og er lik antall nukleoner i kjernen.

I tillegg har atom- eller molekylmassen i enheten u (eller Da) samme numeriske verdi som massen til et mol av dette stoffet i gram. Massen til store molekyler som proteiner , DNA og andre biomolekyler er ofte karakterisert i kilodalton, siden det ikke er noen i antall. Det er forskjeller i spesifikasjonen i kg / mol.

definisjon

1 u er definert som en tolvtedel av massen til et isolert atom av karbonisotopen ¹² C i grunntilstanden . Den nåværende anbefalte verdien er

${\ displaystyle 1 \, \ mathrm {u} = 1 {,} 660 \, 539 \, 066 \, 60 (50) \ cdot 10 ^ {- 27} \, \ mathrm {kg}}$eller på grunn av masse-energi-ekvivalensen

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

Konverteringen til SI-enhet av kilo resulterer

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

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

Siden kjernen til ¹² karbonatomet inneholder 12 nukleoner , er enheten u omtrent lik massen til et nukleon, dvs. en proton eller et nøytron . Derfor tilsvarer den numeriske verdien av atommassen i u omtrent massetallet eller nukleonetallet, dvs. antallet tunge kjernekomponenter i atomet.

Forhold til molær masse

Frem til omdefinering av SI-enhetene i 2019, ble mol definert som mengden stoff som består av så mange individuelle partikler som det er atomer i 12 g karbon ¹² C. Atommasseenheten og føflekken ble således definert av samme atom ¹² C. Dette resulterte i nøyaktig samme numeriske verdi for massen av en partikkel i u og dens molære masse i g / mol. Med andre ord: 1 u ·  N _A  = 1 g / mol. Den Avogadros konstant N _A , dvs. det antall partikler per mol, måtte bestemmes eksperimentelt i samsvar med denne definisjon og var utsatt for en måleusikkerhet.

Siden 2019 er N _A ikke lenger bestemt av massen til ¹² C-atomet, men bestemmes nøyaktig per definisjon. Derfor har ikke massen til en partikkel i u og den molare massen i g ikke lenger den samme numeriske verdien. Avviket er imidlertid ekstremt lite og irrelevant i praksis:

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

Tidligere definisjoner

Fram til 1960 ble atommasseenheten definert som ¹ ⁄ _{16 av} massen til et oksygenatom . Kjemikerne refererte til gjennomsnittsmassen til et atom i den naturlig forekommende isotopblandingen av elementet O, men fysikerne refererte til massen til atomet til hovedisotopen ¹⁶ O. I begge tilfeller ble enheten kalt amu ( Atomic Mass Enhet ).

Forskjellen mellom den "kjemiske" definisjonen og den "fysiske" definisjonen (+ 2.8 · 10 ⁻⁴ ) var grunnen til å innføre en enhetlig definisjon. Om forhandlingene i de ansvarlige komiteene rapporteres det anekdotisk at kjemikerne i utgangspunktet ikke var villige til å godta definisjonen av fysikerne med ¹⁶ O, siden dette ville ha resultert i "betydelige tap" ved salg av kjemiske stoffer. Til slutt overbeviste fysikerne kjemikerne med forslaget om å ta ¹² C som grunnlag, hvor forskjellen til den kjemiske definisjonen ikke bare var mye mindre (−3,7 · 10 ⁻⁵ ), men også gikk i “riktig retning” ville ha en positiv innvirkning på salgsinntektene.

Forholdet gjelder mellom de nye og de to foreldede verdiene til enheten

${\ displaystyle 1 \, \ mathrm {u _ {(siden \, 1961)}} = 1 {,} 000 \, 317 \, 9 \, \ mathrm {amu _ {(til \, 1960, \, phys) }} = 1 {,} 000 \, 037 \, \ mathrm {amu _ {(til \, 1960, \, chem)}}$

Forskjellen mellom den gamle fysiske og dagens definisjon skyldes massedefekten , som er høyere ved ¹⁶ O enn ved ¹² C.

bruk

Masser i det mikroskopiske området kan ofte gis mer presist i atommasseenheter enn i (kilo-) gram, fordi referansemassen ( ¹² C-atomer) også er mikroskopisk. Massen av proton og nøytron er kjent mye mer presist i u enn i kg (eller MeV / c ² ).

I brosjyren International Bureau of Weights and Measures (“SI Brochure”) er den atomare masseenheten inkludert i listen over “Ikke-SI-enheter godkjent for bruk med SI”. I den 8. utgaven (2006) ble enhetsnavnet "Dalton" lagt til for første gang, som et synonym for u. 9. utgave (2019) nevner bare Dalton og bemerker i en fotnote at "atommasseenheten (u) “Er et alternativt navn for samme enhet. Uttrykket "Dalton" vises ikke i lovbestemmelsene i EU-direktiv 80/181 / EØF for statene i EU og i den føderale loven om metrologi i Sveits.

Bruk av prefikser for desimalmultipler og deler er tillatt for både atommasseenheten og dalton . Vanligvis er kilodalton, 1 kDa = 1000 Da, og megadalton, 1 MDa = 1.000.000 Da.

Eksempler

• Et karbonatom på isotopen ¹² C har per definisjon massen 12 u.
• Et hydrogenatom av isotopen ¹ H har massen 1,007 825 0 u.
• Ett molekyl av den velkjente aktive ingrediensen acetylsalisylsyre (aspirin) har en masse på 180,16 u.
• Ett molekyl av det lille peptidhormonet insulin har en masse på 5808 u.
• Et molekyl av proteinet aktin (en av de mest vanlige proteiner i eukaryoter ) har en masse på omtrent 42 ku.

Individuelle bevis

1. ↑ ^{a b} Det internasjonale systemet for enheter (SI) . Tysk oversettelse av BIPM-brosjyren "Le Système international d'unités / The International System of Units (8e édition, 2006)". I: PTB-Mitteilungen . teip 117 , nr. 2 , 2007 ( Online [PDF; 1.4 MB ]). 
2. ↑ ^{a b c} Le Système international d'unités . 9e édition, 2019 (den såkalte "SI brosjyren"), s. 33 (fransk) og s. 146 (engelsk).
3. ↑ på grunnlag av EU-direktiv 80/181 / EØF i statene i EU eller føderal lov om metrologi i Sveits.
4. ↑ Josef Mattauch: Måleenheter for atomvekter og nuklidmasser. I: Tidsskrift for Naturforskning A . 13, 1958, s. 572-596 ( online ).
5. ↑ CODATA anbefalte verdier. National Institute of Standards and Technology, åpnet 20. mai 2019 .  Verdi for u i enheten kg. Tallene i parentes angir usikkerheten i de siste sifrene i verdien; denne usikkerheten er gitt som estimert standardavvik for den angitte numeriske verdien fra den faktiske verdien.
6. ↑ CODATA anbefalte verdier. National Institute of Standards and Technology, åpnet 20. mai 2019 .  Verdi for u i enheten MeV / c ² . Tallene i parentes angir usikkerheten i de siste sifrene i verdien; denne usikkerheten er gitt som estimert standardavvik for den angitte numeriske verdien fra den faktiske verdien.
7. ↑ CODATA anbefalte verdier. National Institute of Standards and Technology, åpnet 24. august 2019 . 
8. ↑ Aaldert Wapstra , sitert fra G. Audi, The History of Nuclidic messer og deres evaluering, Int.J. Mass Spectr.Ion Process. 251 (2006) 85-94, arxiv
9. ↑ Proton datablad fra Review of Particle Physics , PA Zyla et al. ( Particle Data Group ), Prog. Theor. Eksp. Fys. 2020, 083C01 (2020) og 2021 oppdatering, tilgjengelig 6. juli 2021. Merk at det per definisjon er et nøyaktig definert forhold mellom MeV / c ² og kg. MeV / c ² har således ingen mikroskopisk referanse masse; det er et makroskopisk mål som kilo.