واحد جرم اتمی (amu) چیست؟
واحد جرم اتمی یکپارچه (u) که اغلب به صورت amu نوشته میشود و در زیستشیمی به آن دالتون (Da) میگویند، واحدی استاندارد برای بیان جرم اتمها و مولکولها است.
طبق تعریف آیوپاک (IUPAC)، یک amu دقیقاً برابر با یک دوازدهم جرم یک اتم ایزوتوپ کربن-۱۲ در حالت پایه است. این واحد به دانشمندان اجازه میدهد تا به جای کار با اعداد بسیار کوچک مثل ۱۰ به توان منفی ۲۷ کیلوگرم، از اعداد سادهتری مثل ۱، ۱۲ یا ۵۶ استفاده کنند.
فرمول تبدیل (ثابت فیزیکی)
رابطه بین amu و کیلوگرم از طریق عدد آووگادرو و تعریف مول به دست میآید. ضریب تبدیل دقیق برابر است با:
- m(kg): جرم بر حسب کیلوگرم
- m(amu): جرم بر حسب واحد اتمی
- 1.66e-27: ثابت تبدیل جرم اتمی (تقریباً معادل جرم پروتون)
مثالهای واقعی: وزن اتمها
اتم هیدروژن (H)
جرم تقریبی 1.008 amu است. تبدیل به کیلوگرم:
1.008 × 1.66e-27 ≈ 1.67 × 10-27 kg
مولکول آب (H₂O)
جرم مولی حدود 18.015 amu است.
18.015 × 1.66e-27 ≈ 2.99 × 10-26 kg
اورانیوم-۲۳۸
جرم اتمی سنگین 238.05 amu.
238.05 × 1.66e-27 ≈ 3.95 × 10-25 kg
اشتباهات رایج
- ✗اشتباه با گرم (g): در شیمی معمولاً جرم مولی بر حسب گرم بر مول بیان میشود (مثلاً کربن ۱۲ گرم). اما amu جرم یک عدد اتم است، نه یک مول. تفاوت این دو عدد آووگادرو ($6.02 \times 10^23$) است.
- ✗نادیده گرفتن اعشار ثابت: ثابت ۱.۶۶ برای محاسبات دقیق آزمایشگاهی کافی نیست و باید از ثابت دقیق (۱.۶۶۰۵۳۹...) استفاده کرد، زیرا در فیزیک هستهای اختلاف جرم کوچک معادل انرژی زیادی است.
سوالات متداول
آیا 1 amu دقیقاً برابر جرم پروتون است؟▼
خیر، خیلی نزدیک است اما دقیقاً برابر نیست. جرم پروتون حدود 1.007 amu و نوترون 1.008 amu است. amu به عنوان یک دوازدهم جرم کربن-۱۲ تعریف شده است که شامل انرژی بستگی هسته نیز میباشد.
چرا عدد توان منفی 27 دارد؟▼
زیرا اتمها بینهایت کوچک هستند. برای رسیدن به ۱ کیلوگرم ماده، نیاز به حدود ۶۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰,۰۰۰ (عدد آووگادرو × ۱۰۰۰) پروتون دارید!
رابطه amu با گرم چیست؟▼
۱ گرم برابر با $6.022 \times 10^23$ amu است. به عبارت دیگر، عدد آووگادرو پل ارتباطی بین amu و گرم است.