وحدة كتل ذرية

وحدة الكُتل الذرية (u)هي وحدة صغيرة للكتلة تستخدم للتعبير عن الكتل الذرية والكتلة الجزيئية. وهي تساوي 1\12 من كتلة ذرة الكربون-12. وعلى هذا:

u = 1.660538921×10⁻²⁷ kg '''

وبالعربية:

1 وحدة كتل ذرية = 1.660538921×10⁻²⁷ كيلوجرام.[5]

سميت وحدة دالتون بهذا الاسم نسبة إلى العالم جون دالتون، الذي اقترح كتلة ذرة هيدروجين كوحدة للكتل الذرية.

كما أن الرمز amu لا يزال يوجد حتى الآن، وخاصة في الأعمال القديمة. وغالبا ما تكتب الكتل الذرية بدون وحدات على أنه يعرف ضمنيا أن الوحدة المستخدمة هي وحدة الكتل الذرية u .

في محاضرات الكيمياء الحيوية والأحياء الجزيئية (وخاصة عند التحدث عن البروتينات)، فإن المصطلح «دالتون» يستخدم، بالرمز "Da". ولأن البروتينات جزيئات كبيرة، فإنها توصف بالكيلو دالتون، "kDa", وكون الكيلو دالتون يساوى 1000 دالتون. وتستخدم وحدة الدالتون لتعيين الكتل الذرية ولا بد من تعيينها عمليا، ذلك لحدوث فرق بسيط في حسابها النظري بسبب أن الترابط بين البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة، يستهلك جزءا من كتلتها.

وحدة الكتل الذرية ليست من وحدات إس آي للكتلة، على الرغم من (باسمها ورمزها) مقبولة للاستخدام من SI. (شاهد وصلة وقع SI بالأسفل).

وهذه الوحدة مناسبة نظرا لأن ذرة الهيدروجين تقريبا لها كتلة تساوى 1 وحدة كتل ذرية، وبصفة عامة فإن الذرة أو الجزيء الذي له «ن» من البروتونات والنيترونات يكون له «ن» من وحدات الكتل الذرية. (وسبب هذا أن ذرة الكربون بها 6 بروتونات، 6 نيوترونات، 6 إلكترونات، والبرتون والنيوترون تقريبا لهما نفس الكتلة، والإلكترون كتلته مهملة). وإن كان هذا التصورتقديري نظرا لأنه لا يأخذ في الاعتبار طاقة الترابط لنويات الذرات، وكتلة طاقة الترابط هذه ليست جزء ثابت من المجموع الكلي لكتلة الذرة.

كما أن هناك سبب أخر لاستخدام وحدة الكتل الذرية وهو أنها سهلة الاستخدام في التجارب كما أنها دقيقة لمقارنة كتل الذرات والجزيئات (تحديد الكتل النسبية) أكثر منها في قياس الكتل المطلقة. ويتم مقارنة الكتل عن طريق مطياف الكتلة (شاهد بالأسفل).

تعين وحدة الكتلة الذرية u كما ذكرنا اعلاه عن طريق تعيين كتلة 1 مول من كربون-12 ، فتكون وحدة الكتلة الذرية:

وحدة كتلة ذرية = كتلة 1 مول بالكيلوجرام/ عدد أفوجادرو

حيث أن عدد أفوجادرو N_A يعطي عدد الذرات في 1 مول من المادة.

تبلغ كتلة 1 مول من الكربون 0.012 كغم وعدد أفوجادرو يساوي 6.02214129×10²³ ذرة في المول.[6] ،

إذن:

وزن ذرة كربون واحدة فقط = 0.012 كيلوجرام / 6.02214129×10²³

وبما ان وحدة الكتلة الذرية الواحدة = 12\1 * وزن ذرة كربون واحدة

اذن

وحدة الكتلة الذرية الواحدة = 0.012 / 6.02214129×10²³ * 12

= 1.660538921×10⁻²⁷ كيلوجرام

لا بد من تعيين كتلة المواد بواسطة مطياف الكتلة عمليا. ذلك لأن كل عنصر يوجد في الطبيعة في صورة عدد من النظائر يختلف فيها عدد النيوترونات الموجودة في نواة النظير، ولا تختلف فيها عدد البروتونات. ونتائج تعيين كتلة مركب كيميائي بمطياف الكتلة تكون بوحدة «دالتون»، والتي هي قريبة من وحدة الكتل الذرية.

فمثلا، الكتلة الجزيئية للماء تساوى 18.01508 وحدة كتل ذرية، وهذا يعنى أن مول واحد من الماء له كتلة 18.01508 جرام. أو بالعكس، 1 جرام من الماء يحتوى على N_A\ 18.01508 (تقريبا) من الجزيئات، أي 3.3428 × 10²² جزيء.

يتم قياس الكتلة الذرية النسبية بواسطة مطياف الكتلة. بعد وضع عينة العنصر في مطياف الكتلة يتم قذفها بالإلكترونات التي تحول الذرة إلى أيون موجب. ويتم استخدام مجال كهربي لتعجيل هذه الأيونات الموجبة. وبعدها تنحرف الأيونات عن طريق مجال مغناطيسي. وكنتيجة لذلك تنحرف النظائر الخفيفة بدرجة أكبر من النظائر الثقيلة. وهذا ينتج عنه طيف كتلة .

وهذا الطيف يوضح نقطتين:

1. نسبة كتل النظائر في العينة.
2. تواجد النظائر.

كان الكيميائي جون دالتون أول من اقترح كتلة ذرة هيدروجين كوحدة للكتل الذرية. وقام فرانسيس أستون مخترع مطياف الكتلة، باستخدام 1\16 من كتلة الأكسجين-16 أيضا كوحدة كتل ذرية.

وقبل 1961, كانت وحدة الكتل الذرية الفيزيائية معرفة على أنها 1\16 من كتلة ذرة الأكسجين-16, بينما وحدة الكتل الذرية الكيميائية على أنها 1\16 من متوسط كتلة ذرة الأكسجين (على أساس حساب نسبة تواجد النظائر المختلفة للأكسجين). وكلا الوحدتين تختلف اختلاف قليل للغاية عن الوحدة المستخدمة حاليا، والتي تم اقتراحها بواسطة الإتحاد الدولي للفيزياء البحتة والتطبيقية في عام 1960 والإتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية في عام 1961.

• مطياف الكتلة
• طومسون
• عدد ذري
• عدد أفوجادرو

• القيمة المقبولة لوحدة الكتل الذرية عام 2002

• بوابة كيمياء فيزيائية
• بوابة ميكانيكا الكم
• بوابة الكيمياء
• بوابة الفيزياء