ทำไมคาร์บอน-12 ที่ถูกเลือกสำหรับหน่วยมวลอะตอม?

Dieblitzen 05/13/2017. 3 answers, 13.143 views
conventions units definition history metrology

หน่วยมวลอะตอม ถูกกำหนดให้เป็น 1 / 12th มวลของคาร์บอน -12 อะตอม มีเหตุผลทางกายภาพสำหรับคำจำกัดความดังกล่าวหรือไม่? พวกเขาพยายามที่จะรวมอิเล็กตรอนในหน่วยมวลอะตอม?

ทำไมไม่กำหนด amu เป็นมวลของหนึ่งโปรตอนหรือนิวตรอนเพื่อให้ในการคำนวณนิวเคลียร์อย่างน้อยหนึ่งอนุภาคนิวเคลียร์ (จากโปรตอนและนิวตรอน) จะเป็นจำนวนเต็มที่ดี?

3 Answers


David Hammen 05/16/2017.

ทำไมคาร์บอน -12 ที่ถูกเลือกสำหรับหน่วยมวลอะตอม?

เช่นเดียวกับกรณีอื่น ๆ ในด้านมาตรวิทยาคำตอบจะถูกผูกไว้ในประวัติศาสตร์ความสามารถในการวัดผลการปฏิบัติซ้ำความซ้ำซากความเข้าใจผิดที่ผ่านมาและความสม่ำเสมอ (แม้ว่าจะมีความเข้าใจผิดในอดีตก็ตามก็ตาม)

ประวัติความเป็นมาของมวลอะตอมและโมล (ทั้งสองเชื่อมต่อกันมาก) กลับไปสู่ต้นศตวรรษที่ 19 โดยจอห์นดาลตันพ่อของทฤษฎีอะตอม [1] หน่วยมวลปรมาณูปึกแผ่นเป็นชื่อหลังจากที่เขา นักวิทยาศาสตร์ของยุคนั้นเพิ่งเรียนรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบ ตารางธาตุเป็นเวลา 60 ปีในอนาคตของดาลตัน Dalton เริ่มเสนอการใช้ไฮโดรเจนเป็นพื้นฐาน ปัญหาการวัดและการทำซ้ำได้อย่างรวดเร็วถูกตัดขึ้น ความผิดพลาดเช่นกัน ดัลตันเช่นคิดว่าน้ำเป็น HO มากกว่า h 2 O [2]

ปัญหาเหล่านี้ส่งผลให้นักเคมีเปลี่ยนไปใช้มาตรฐานออกซิเจนตามออกซิเจนที่พบในโลก การค้นคว้าของนักฟิสิกส์ในระดับอะตอมทำให้พวกเขาพัฒนามาตรฐานของตัวเองในศตวรรษที่ 20 โดยอิงจาก 16 O มากกว่าการผสมผสานธรรมชาติของ O 16 O, 17 O และ 18 O (มวลอะตอม: 15.994915, 16.999131 และ 17.999161 ตามลำดับโดยมีการผสมชื่อ 379.9 ppm สำหรับ 17 O, 2005.20 ppm สำหรับ 18 O และส่วนที่เหลืออีก 16 O) ซึ่งใช้โดยนักเคมี

การผสมผสานธรรมชาติของไอโซโทปต่างๆของออกซิเจนไม่คงที่ มันแตกต่างกันไปตามเวลาสถานที่และสภาพภูมิอากาศ การวัดที่ดีขึ้นและการใช้งานที่กว้างขึ้นทำให้การทำซ้ำกลายเป็นประเด็นสำคัญภายในกลางศตวรรษที่ 20 สาเหตุหลักคือความแปรปรวนตามธรรมชาติในไอโซโทปที่พบมากที่สุด 2 ชนิดของออกซิเจน 16 O และไอโซโทปที่มีค่าเฉลี่ย 18 O (ประมาณ 2000 ส่วนต่อล้านโดยเฉลี่ย) รายงานทางเทคนิคของ IUPAC [4] เกี่ยวกับน้ำหนักธาตุอะตอมของธาตุจะแสดงถึงน้ำหนักอะตอมของออกซิเจนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติตั้งแต่ 15.99903 ถึง 1599977

สาเหตุหลักของการแปรผันตามธรรมชาติเหล่านี้คือการระเหยเป็นพิเศษและการตกตะกอนของโมเลกุลของน้ำจากไอโซโทปต่างๆของออกซิเจน น้ำที่อยู่บนพื้นฐาน 16O ระเหยได้ง่ายกว่าน้ำที่มี 18 O ทำให้มหาสมุทรเขตร้อนมีสมาธิอยู่ที่ 18 O เมื่อเทียบกับค่าเฉลี่ย อีกทั้งน้ำที่อยู่บนพื้นฐานของ 18 O จะตกตะกอนได้ง่ายกว่าน้ำที่อยู่บน 16 O ซึ่งทำให้การตกตะกอนในเขตร้อนมีความเข้มข้น 18 O สูงกว่าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับชื่อและจะทำให้การเร่งรัดในละติจูดสูงจะลดลงเล็กน้อย 18 O ความเข้มข้นเทียบกับชื่อ

นักฟิสิกส์มีทางออก: เปลี่ยนไปเป็นมาตรฐานไอโซโทปบริสุทธิ์ 16 O นี้จะมีการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ที่ยอมรับไม่ได้ (275 ppm [3]) ในเคมีของออกซิเจนตามมาตรฐาน. มันจะต้องตำราหนังสืออ้างอิงและบางทีสิ่งสำคัญที่สุดคือสูตรที่ใช้ในโรงกลั่นและโรงงานเคมีอื่น ๆ ที่ได้รับการเขียนใหม่ ค่าใช้จ่ายทางการค้าจะเป็นไปอย่างมหาศาล เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องรักษาความเป็นอยู่ที่ดีว่ามาตรวิทยามีอยู่ก่อนและสำคัญที่สุดในการสนับสนุนการค้า นักเคมีจึงไม่สนใจคำแนะนำของฟิสิกส์

มาตรฐานคาร์บอนเป็นตัวแทนของการประนีประนอมที่ดี โดยบังเอิญการกำหนดมวลอะตอมเป็น 1/16 ของมวลโมเลกุลของออกซิเจนซึ่งประกอบไปด้วยส่วนผสมของ O 16 O, 17 O และ 18 O ใกล้เคียงกับมาตรฐานที่กำหนดมวลอะตอมเท่ากับ 1/12 มวล ของโมล 12 C [3] ซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของค่าออกซิเจนจากธรรมชาติของสารเคมีที่ 42 ppm เมื่อเทียบกับการเปลี่ยนแปลง 275 ppm ซึ่งจะมีผลมาจากการเปลี่ยนเป็น 1/16 ของมวลโมเลกุล 16 O [3] มาตรฐานใหม่นี้ขึ้นอยู่กับไอโซโทปบริสุทธิ์ซึ่งจะทำให้นักฟิสิกส์มีความสุขและเป็นตัวแทนของการเดินทางเล็ก ๆ ที่ยอมรับได้จากอดีตทำให้นักเคมีและการพาณิชย์มีความสุข


อ้างอิง:

  1. Britannica.com เกี่ยวกับรายการ John-Dalton / Atomic-theory
    ฉันกำลัง leary ของการอ้างถึงวิกิพีเดีย Britannica ยังคงเป็นเกมที่ยุติธรรมสำหรับข้อเท็จจริงพื้นฐาน

  2. ชั้น 11: อะตอมรวมกันอย่างไร
    ความผิดพลาดของดาลตันเกี่ยวกับการสมมติว่าน้ำเป็นไดอะตอมมีรายงานอย่างกว้างขวาง นี่เป็นหนึ่งในหลายเว็บไซต์ที่อ้างสิทธิ์ในความผิดพลาดของดาลตัน

  3. โฮลเดนนอร์แมนอี "น้ำหนักปรมาณูและคณะกรรมการระหว่างประเทศ - การทบทวนประวัติศาสตร์" Chemistry International 26.1 (2547): 4-7
    ฉันพบสิ่งนี้หลังจากข้อเท็จจริงหลังจาก Emilio Pisanty ถามฉันเพื่อหาข้อมูลอ้างอิงบางส่วน นี้กล่าวว่าทุกอย่างที่ฉันเขียนเท่านั้นดีกว่าในรายละเอียดและมีจำนวนมากอ้างอิง

  4. Meija, Juris, et al. "น้ำหนักปรมาณูของธาตุ 2013 (IUPAC Technical Report)" Pure and Applied Chemistry 88.3 (2016): 265-291
    ดูตารางที่ 1 และรูปที่ 6


Jirka Hanika 05/16/2017.

มวลของนิวเคลียสเฉพาะไม่เท่ากับมวลรวมของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ จากมุมมองนี้ไอโซโทปใดก็ตามที่เป็นไอโซโทป (หรือผสมไอโซโทป) จะถูกเลือกให้เป็นมาตรฐานคำจำกัดความไม่มีไอโซโทปอื่น ๆ (หรือส่วนผสมของไอโซโทป) จะกลายเป็นจำนวนเต็มที่ดี

ยกตัวอย่างเช่นถ้าคาร์บอน -12 มีโปรตอนหกตัวและมีนิวตรอน 6 ตัวเราอาจคาดว่าไฮโดรเจน -2 (ดิวเทอเรียมหนึ่งโปรตอน + หนึ่งนิวตรอน) มีน้ำหนักอะตอมเท่ากับ 2 แต่ค่าจริงคือ 2.014 พิจารณาเรื่องนี้ให้พิจารณาปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นที่ทำให้คาร์บอน -2 ออกจากดิวเทอเรียมในท้ายที่สุด ปฏิกิริยาปล่อยพลังงานและพลังงานที่ปล่อยออกมาเท่ากับมวลที่ "สูญเสีย" (ผ่าน $ E = mc ^ 2 $) ไม่ใช่เกมนับรวมโปรตอนและนิวตรอนที่สะอาด

อิเล็กตรอนไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ มันค่อนข้างเป็นเรื่องของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่าง nucleons ภายในนิวเคลียสเดียวกัน ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งกำหนด "ระดับความสะดวกสบาย" ของ nucleons และดังนั้นพลังงานที่มีศักยภาพที่เกี่ยวข้องกับการฟิวชั่นหรือการแยกตัวและดังนั้นจึงร่วมกำหนดมวลของนิวเคลียส

จากมุมมองนี้คุณอาจมีไอโซโทปหนึ่งที่มีน้ำหนักอะตอม "ดี" แต่คนอื่น ๆ จะจบลงด้วยน้ำหนักอะตอม "แปลก" โดยสิ้นเชิง จากมุมมองนี้ไม่สำคัญว่าไอโซโทปใดที่คุณใช้เป็นมาตรฐานตราบเท่าที่ชุมชนพร้อมรับข้อเสนอของคุณแล้ว


Vera K 07/02/2017.

มีคำถามสองคำตอบที่ดีสำหรับคำถามของคุณ แต่ฉันยังอยากจะเติมเต็มและตอบคำถามเฉพาะเจาะจงมากขึ้นกับคำถามของคุณ:

หน่วยมวลอะตอมถูกกำหนดให้เป็น 1 / 12th มวลของคาร์บอน -12 อะตอม

นี้ไม่ถูกต้อง หน่วยมวลปรมาณู unified u หมายถึงมวลของอะตอมคาร์บอน -2 ที่ 1/12 หน่วยมวลอะตอม (amu) หมายถึง 1/16 มวลของไอโซโทป oxigen-16 (ฟิสิกส์) หรือ 1/16 ของ (โดยเฉลี่ย) มวลของอะตอมของอ็อกซิเจน (นักเคมี)

มีเหตุผลทางกายภาพสำหรับคำจำกัดความดังกล่าวหรือไม่?

ไม่ได้ แต่มีเหตุผลทางเคมี นักเคมีต้องการค่าตัวเลขของ "น้ำหนักอะตอม" ในหน่วยมวลอะตอมปึกแผ่นให้เท่ากับค่าตัวเลขของมวลโมเลกุล ยกตัวอย่าง: น้ำหนักโมเลกุล (ซึ่งเป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักของมวลไอโซโทปของอะตอม) ของ C เท่ากับ 12.0107 u และมวลโมเลกุลของมันคือ 12.0107 g / mol นี้ช่วยให้นักเคมีสามารถกระโดดได้อย่างง่ายดายระหว่างแมโครและโลกจุลภาค

พวกเขาพยายามที่จะรวมอิเล็กตรอนในหน่วยมวลอะตอม?

ใช่เพราะเมื่อนักเคมีวัดมวลของธาตุหรือสารเหล่านี้จะเป็นกลางเป็นหลัก คิดเกี่ยวกับก้อนคาร์บอน, aka เพชร

ทำไมไม่กำหนด amu เป็นมวลของหนึ่งโปรตอนหรือนิวตรอนเพื่อให้ในการคำนวณนิวเคลียร์อย่างน้อยหนึ่งอนุภาคนิวเคลียร์ (จากโปรตอนและนิวตรอน) จะเป็นจำนวนเต็มที่ดี?

เนื่องจากนักเคมีไม่สนใจอนุภาคนิวเคลียร์ พวกเขามักจะวัดสาร (โมเลกุล)

นักฟิสิกส์มักใช้หน่วยมวลอื่น ๆ : $ m_e $ = มวลของอิเล็กตรอน $ m_P $ = มวล Planck ฯลฯ

Related questions

Hot questions

Language

Popular Tags