дальтон. (единая атомная единица массы) | |
---|---|
Система единиц | Физическая константа. (Допущена для использования с SI ) |
Единица измерения | массы |
Символ | Да или u |
Назван в честь | Джона Далтона |
Преобразования | |
1 Да или u в... | ... равно... |
kg | 1,66053906660 (50) × 10 |
mu | 1 |
me | 1822,888486209 (53) |
МэВ / c | 931,49410242 (28) |
дальтон или единая атомная единица массы (символы: Da или u ) является единицей массы, широко используемой в физике и химии. Он определяется как 1/12 массы несвязанного нейтрального атома углерода-12 в его ядерном и электронном основном состоянии и в состоянии покоя.. константа атомной массы, обозначенная m u, определяется идентично, давая m u = m (C) / 12 = 1 Да.
Эта единица измерения обычно используется в физике и химии для выражения массы объектов атомного масштаба, таких как атомы, молекулы и элементарные частицы, как для дискретных экземпляров, так и для нескольких типов средних по ансамблю. Например, атом гелия-4 имеет массу 4,0026 Да. Это внутреннее свойство изотопа, и весь гелий-4 имеет одинаковую массу. Ацетилсалициловая кислота (аспирин), C. 9H. 8O. 4, имеет среднюю массу приблизительно 180,157 Да. Однако молекул ацетилсалициловой кислоты с такой массой нет. Две наиболее распространенные массы индивидуальных молекул ацетилсалициловой кислоты составляют 180,04228 Да и 181,04565 Да.
молекулярные массы белков, нуклеиновых кислот и других крупных полимеров часто выражаются с помощью единиц кило дальтон (кДа), мега дальтон (МДа) и т. Д. Титин, один из крупнейших известных белков, имеет молекулярную массу от 3 до 3,7 мегадальтон. ДНК хромосомы 1 в геноме человека имеет около 249 миллионов пар оснований, каждая со средней массой около 650 Да, или всего 156 ГДа. 330>
моль - это единица количества вещества, широко используемая в химии и физике, которая первоначально была определена так, что масса одного моля вещества, измеренная в граммах будет численно равняться средней массе одной из составляющих его частиц, измеренной в дальтонах. То есть молярная масса химического соединения должна была численно равняться его средней молекулярной массе. Например, средняя масса одной молекулы воды составляет около 18,0153 дальтон, а один моль воды составляет около 18,0153 грамма. Белок, молекула которого имеет среднюю массу 64 кДа, будет иметь молярную массу 64 кг / моль. Однако, хотя это равенство можно предполагать почти для всех практических целей, теперь оно является лишь приблизительным, поскольку способ переопределения моля 20 мая 2019 г..
В целом масса атома в дальтонах численно близка, но не точно равно числу нуклонов A, содержащихся в его ядре. Отсюда следует, что молярная масса соединения (граммы на моль) численно близка к среднему числу нуклонов, содержащихся в каждой молекуле. По определению масса атома углерода-12 составляет 12 дальтон, что соответствует количеству нуклонов, которое он имеет (6 протонов и 6 нейтронов ). Однако на массу объекта атомного масштаба влияет энергия связи нуклонов в его атомных ядрах, а также масса и энергия связи его электронов. Следовательно, это равенство выполняется только для атома углерода-12 в указанных условиях и будет отличаться для других веществ. Например, масса одного несвязанного атома обычного изотопа водорода (водород-1, протий) составляет 1,007825032241 (94) Да, масса одного свободный нейтрон составляет 1,00866491595 (49) Да, а масса одного атома водорода-2 (дейтерия) составляет 2,014101778114 (122) Да. Как правило, разница (дефект массы ) составляет менее 0,1%; исключения включают водород-1 (около 0,8%), гелий-3 (0,5%), литий (0,25%) и бериллий (0,15%).
Единую атомную единицу массы и дальтон не следует путать с единицей массы в системе атомных единиц, которая вместо этого является массой покоя электрона (me).
Атомная постоянная массы может также быть выражена как ее эквивалент энергии, то есть m u c. Рекомендуемые значения CODATA на 2018 год:
мегаэлектронвольт (МэВ) обычно используется в качестве единицы массы. в физике элементарных частиц, и эти значения также важны для практического определения относительных масс атомов.
Интерпретация закона определенных пропорций в терминах атомной теории материи подразумевал, что массы атомов различных элементов имеют определенные отношения, которые зависят от элементов. Хотя фактические массы были неизвестны, относительные массы можно было вывести из этого закона. В 1803 году Джон Дальтон предложил использовать (до сих пор неизвестную) атомную массу самого легкого атома, атома водорода, в качестве естественной единицы атомной массы. Это было основой шкалы атомной массы.
. По техническим причинам в 1898 году химик Вильгельм Оствальд и другие предложили переопределить единицу атомной массы как 1/16 массы тела человека. атом кислорода. Это предложение было официально принято Международным комитетом по атомным весам (ICAW) в 1903 году. Это была примерно масса одного атома водорода, но кислород был более пригоден для экспериментального определения. Это предположение было сделано до открытия существования элементарных изотопов, которое произошло в 1912 году. Такое же определение было принято в 1909 году физиком Жаном Перреном в его обширных экспериментах по определению атомных масс и постоянной Авогадро. Это определение оставалось неизменным до 1961 года. Перрин также определил «моль» как количество соединения, которое содержит столько молекул, сколько 32 грамма кислорода (O. 2). Он назвал это число числом Авогадро в честь физика Амедео Авогадро.
Открытие изотопов кислорода в 1929 году потребовало более точного определения единицы. К сожалению, вошли в употребление два различных определения. Химики предпочитают определять AMU как 1/16 средней массы атома кислорода, встречающейся в природе; то есть, среднее значение масс известных изотопов, взвешенное по их естественному содержанию. С другой стороны, физики определили его как 1/16 массы атома изотопа кислорода-16 (O).
Существование двух различных единицы с таким же названием сбивали с толку, а разница (около 1.000282 в относительном выражении) была достаточно большой, чтобы повлиять на высокоточные измерения. Более того, было обнаружено, что изотопы кислорода имеют разное естественное содержание в воде и воздухе. По этим и другим причинам в 1961 г. Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC), который принял ICAW, принял новое определение атомной единицы массы для использования как в физике, так и в химии; а именно 1/12 массы атома углерода-12. Это новое значение было промежуточным между двумя предыдущими определениями, но было ближе к тому, которое использовали химики (которые больше всего пострадали от изменения).
Новая единица была названа «единая атомная единица массы» и получил новый символ «u», чтобы заменить старый «amu», который использовался для кислородных единиц. Однако после 1961 года старый символ «аму» иногда использовался для обозначения новой единицы, особенно в мирском и подготовительном контексте.
Согласно этому новому определению, стандартный атомный вес углерода составляет приблизительно 12,011 Да, а кислорода - приблизительно 15,999 Да. Эти значения, обычно используемые в химии, основаны на средних значениях многих образцов из земной коры, ее атмосферы и органических материалов.
Определение единой атомной единицы массы ИЮПАК 1961 года с таким названием и символом «u» было принято Международным бюро мер и весов (BIPM) в 1971 году как не - Единица СИ, принятая для использования с СИ.
В 1993 году ИЮПАК предложил более короткое название «дальтон» (с символом «Да») для единой атомной единицы массы. Как и в случае с другими названиями единиц, такими как ватт и ньютон, «дальтон» не пишется с заглавной буквы в английском языке, но его символ «Да» пишется с заглавной буквы. Название было одобрено Международным союзом теоретической и прикладной физики (IUPAP) в 2005 году.
В 2003 году это название было рекомендовано BIPM Консультативным комитетом по единицам , часть CIPM, поскольку он «короче и лучше работает с префиксами [SI]». В 2006 году BIPM включил дальтон в свое 8-е издание формального определения SI. Это название также было указано в качестве альтернативы «унифицированной атомной единице массы» Международной организацией по стандартизации в 2009 году. В настоящее время оно рекомендовано несколькими научными издательствами, и некоторые из них считают «атомной единицей массы» и "amu" устарело. В 2019 году BIPM сохранил дальтон в своем 9-м издании формального определения СИ, исключив единую атомную единицу массы из своей таблицы единиц, не относящихся к системе СИ, принятых для использования с СИ <390.>, но во вторую очередь отмечает, что дальтон (Да) и единая атомная единица массы (u) являются альтернативными названиями (и символами) одной и той же единицы.
Было внесено предложение в 2012 году, чтобы переопределить дальтон (и, предположительно, единую атомную единицу массы) как 1 / N грамм, тем самым разорвав связь с C. Это означало бы изменения в атомных массах всех элементов, выраженные в дальтонах, но это изменение будет слишком мал, чтобы иметь практический эффект.
На определение дальтона не повлияло новое определение базовых единиц СИ 2019 г., которое То есть, 1 Да в СИ - это все еще 1/12 массы атома углерода-12, величина, которая должна быть определена экспериментально в единицах СИ. Однако определение моля было изменено на количество вещества, состоящего ровно из 6,02214076 × 10 единиц, а также было изменено определение килограмма. Как следствие, константа молярной массы больше не равна точно 1 г / моль, что означает, что количество граммов в массе одного моля любого вещества больше не равно точно количеству дальтонов в его средняя молекулярная масса.
Хотя относительные атомные массы определены для нейтральных атомов, они измеряются (с помощью масс-спектрометрии ) для ионов: следовательно, измеренные значения должны быть скорректировано на массу электронов, которые были удалены для образования ионов, а также на массовый эквивалент энергии связи электрона, E b/muc. Полная энергия связи шести электронов в атоме углерода-12 составляет 1030,1089 эВ = 1,650 4163 × 10 Дж: E b/muc = 1,105 8674 × 10, или примерно одну десятую часть массы атома.
До переопределения единиц СИ в 2019 году эксперименты были нацелены на определение значения постоянной Авогадро для определения значения единой атомной единицы массы.
Достаточно точное значение атомной единицы массы было впервые косвенно получено Йозефом Лошмидтом в 1865 году путем оценки количества частиц в заданном объем газа.
Перрен оценил число Авогадро различными методами на рубеже 20-го века. В 1926 г. ему была присуждена Нобелевская премия по физике, в основном за эту работу.
Электрический заряд на моль электронов - это константа, называемая постоянная Фарадея, значение которой было известно с 1834 года, когда Майкл Фарадей опубликовал свои работы по электролизу. В 1910 году Роберт Милликен получил первое измерение заряда электрона, т.е. Фактор F / e дает оценку числа Авогадро.
Классический эксперимент - это эксперимент Бауэра и Дэвиса из NIST, он основан на растворении серебра металла вдали от анод электролизной ячейки при пропускании постоянного электрического тока I в течение известного времени t. Если m - масса серебра, потерянного анодом, а A r - атомный вес серебра, то постоянная Фарадея определяется как:
Ученые NIST разработали метод компенсации потерь серебра из анода по механическим причинам и провели изотопный анализ серебра, использованного для определения его атомного веса. Их значение для обычной постоянной Фарадея было F 90 = 96485,39 (13) Кл / моль, что соответствует значению для постоянной Авогадро 6,0221449 (78) × 10 моль: оба значения имеют относительную стандартную неопределенность. 1,3 × 10.
На практике постоянная атомной массы определяется из массы покоя электрона meи относительной атомной массы электрона Ar(e) (то есть масса электрона, деленная на постоянную атомной массы). Относительная атомная масса электрона может быть измерена в экспериментах на циклотроне, тогда как масса покоя электрона может быть получена из других физических констант.
где c - скорость света, h - постоянная Планка, α - постоянная тонкой структуры, а R ∞ - постоянная Ридберга.
As Как видно из старых значений (2014 CODATA) в таблице ниже, основным ограничивающим фактором в точности постоянной Авогадро была неопределенность в значении постоянной Планка, как и всех других постоянных, которые Вклад в расчет был известен точнее.
Константа | Символ | 2014 Значения CODATA | Относительная стандартная неопределенность | Коэффициент корреляции с N A |
---|---|---|---|---|
Отношение масс протона и электрона | mp/me | 1836,152 673 89 (17) | 9,5 × 10 | -0,0003 |
Молярная массовая константа | Mu | 0,001 кг / моль = 1 г / моль | 0 (определено) | — |
постоянная Ридберга | R∞ | 10 973 731,568 508 (65) м | 5,9 × 10 | -0,0002 |
постоянная Планка | h | 6,626070 040 (81) × 10 Дж с | 1,2 × 10 | -0,9993 |
Скорость света | c | 299792458 м / с | 0 (определено) | — |
Константа тонкой структуры | α | 7,297 352 5664 (17) × 10 | 2,3 × 10 | 0,0193 |
Константа Авогадро | NA | 6,022 140 857 (74) × 10 моль | 1,2 × 10 | 1 |
Степень определенных в настоящее время значений универсальных констант можно понять из приведенной ниже таблицы (2018 CODATA).
Константа | Символ | 2018 CODATA значения | Относительная стандартная неопределенность | Коэффициент корреляции. с N A |
---|---|---|---|---|
Отношение масс протона к электрону | mp/me | 1836,152 673 43 (11) | 6,0 × 10 | — |
Молярная массовая константа | Mu | 0,999 999 999 65 (30) × 10 кг / моль | 3,0 × 10 | — |
постоянная Ридберга | R∞ | 10 973 731,568 160 (21) м | 1,9 × 10 | — |
постоянная Планка | h | 6,626070 15 × 10 Дж с | 0 (определено) | — |
Скорость света | c | 299 792 458 м / с | 0 (определено) | — |
Константа тонкой структуры | α | 7,297 352 5693 (11) × 10 | 1,5 × 10 | — |
Константа Авогадро | NA | 6,022 140 76 × 10 моль | 0 (определено) | — |
Монокристаллы кремния сегодня могут производиться на промышленных предприятиях с чрезвычайно высокой чистотой и с небольшим количеством дефектов решетки. В этом методе постоянная Авогадро определяется как отношение молярного объема, V m, к атомному объему V атом :.
Элементарная ячейка из кремния имеет кубическую упаковку из 8 атомов, и объем элементарной ячейки может быть измерен путем определения единственного параметра элементарной ячейки - длины a одной из сторон куба. Значение CODATA 2018 для кремния составляет 5,43 · 1020511 (89) × 10 м.
На практике измерения проводятся на расстоянии, известном как d 220 (Si), которое является расстояние между плоскостями обозначается индексами Миллера {220} и равно a / √8.
Пропорциональный состав изотопа используемой пробы должен быть измерен и учтен. Кремний присутствует в трех стабильных изотопах (Si, Si, Si), и естественное изменение их пропорций больше, чем другие погрешности измерений. атомный вес Arдля образца кристалла может быть вычислен, поскольку стандартные атомные веса трех нуклидов известны с большой точностью. Это вместе с измеренной плотностью ρ образца позволяет определить молярный объем V m :
где M u - молярная масса постоянный. Значение CODATA 2018 для молярного объема кремния составляет 1,205883199 (60) × 10 м⋅моль, с относительной стандартной погрешностью 4,9 × 10.
| month =
()| journal =
()| month =
()| month =
()