Атомная единица массы - это... Определение, численное значение, связь с молярной массой и применение

Атомная единица массы (а.е.м.) - это внесистемная единица массы, используемая в физике и химии для выражения масс атомов, молекул и элементарных частиц.

Определение атомной единицы массы

Атомная единица массы определяется как 1/12 массы атома углерода-12. Этот изотоп углерода выбран в качестве эталона, поскольку:

  • Он широко распространен в природе
  • Его атом стабилен

Таким образом, атомная единица массы привязана к конкретному количеству вещества, а не к какому-то произвольному значению.

свечение частиц

Численное значение

Согласно последним данным, численное значение атомной единицы массы равно:

1 а.е.м. = 1,66053904 × 10-27 кг

Это крайне малая величина. Для сравнения, масса протона или нейтрона составляет около 1 а.е.м. Масса электрона примерно в 1836 раз меньше.

Связь с молярной массой

Помимо фундаментальных частиц, атомная единица массы используется для выражения масс атомов химических элементов. При этом обнаруживается следующая закономерность:

Молярная масса любого вещества в г/моль численно совпадает с массой его молекулы в атомных единицах массы.

Например, молекулярная формула воды - H2O. Ее молярная масса составляет 18 г/моль. Масса молекулы воды в а.е.м. также равна 18.

То есть зная табличное значение молярной массы вещества, мы можем легко определить массу его молекулы в атомных единицах и наоборот.

улица с цветущими деревьями

Применение атомной единицы массы

К основным областям применения атомной единицы массы относятся:

  1. Атомная и ядерная физика
  2. Химия и биохимия
  3. Масс-спектрометрия

Рассмотрим их подробнее.

В физике элементарных частиц

Благодаря использованию атомной единицы массы, удалось установить, что массы протонов и нейтронов практически одинаковы и составляют около 1 а.е.м. Это важный результат, подтверждающий теорию строения атомных ядер.

Частица Масса, а.е.м.
Протон 1,007276466879
Нейтрон 1,00866491600

Как видно из таблицы, массы протона и нейтрона отличаются менее чем на 0,1%. Это подтверждает, что они являются разновидностями одной и той же элементарной частицы - нуклона.

Применение в химии и биохимии

В химии атомная единица массы используется для выражения масс атомов химических элементов, а также молекулярных масс сложных веществ.

Например, молекулярная масса белка гемоглобина составляет 64 500 а.е.м. Это гигантская молекула, состоящая из тысяч атомов. Без использования атомных единиц трудно было бы работать с такими числами.

Кроме того, зная молярную массу вещества в г/моль, химики могут легко рассчитать количество вещества, вступившего в реакцию, по изменению массы.

Применение в масс-спектрометрии

Масс-спектрометрия - метод исследования вещества, основанный на ионизации молекул и последующем разделении полученных ионов по отношению массы к заряду (m/z).

Поскольку массы ионов измеряются в атомных единицах, атомная масса является естественной единицей для масс-спектрометрии. Это позволяет идентифицировать вещества по спектральным пикам, соответствующим целым значениям а.е.м.

Перспективы замены на кг

Несмотря на широкое применение, атомная единица массы не входит в Международную систему единиц (СИ). Это связано с тем, что она определяется опосредованно через эталонный образец.

В будущем возможен полный переход на единицы СИ, в частности на килограмм, для выражения атомных и молекулярных масс. Однако пока а.е.м. остается удобной и наглядной величиной.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментарии 0
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.