道爾頓（單位）

不要混淆哈特里原子單位.
道爾頓
（統一的原子質量單元）
單位大量的
象徵da或u
而得名約翰·道爾頓
轉換
1 da或u在 ......等於...
   公斤   1.66053906660（50）×10-27
   mu   1
   me   1822.888486209（53）
   mev/c2   931.49410242（28）

這道爾頓或者統一的原子質量單位（符號：da或者u）是非SI單位的大量的廣泛用於物理和化學。它被定義為1⁄12質量未綁定中性原子碳12用核和電子基態和在休息.[1][2]這原子質量常數，表示mu，定義相同，給予mu=m（12c）/12 = 1 da.[3]

該單元通常在物理和化學表達大量原子級對象，例如原子，分子， 和基本顆粒，無論是用於離散實例還是多種類型的集合平均值。例如，一個原子氦4有很多4.0026 da。這是同位素的內在特性，所有氦4原子具有相同的質量。乙酰水楊酸（阿司匹林），C
9H
8o
4，平均質量大約180.157 da。但是，沒有具有該質量的乙酰基酸酸分子。兩個最常見的單個乙酰水楊酸分子的質量是180.0423 DA，具有最常見的同位素，並且181.0456 da，其中一種碳是碳13。

這分子質量的蛋白質，核酸和其他大型聚合物經常用單位表達公斤達爾頓（KDA），巨型達爾頓（MDA），等。[4]山雀，最大的已知之一蛋白質，分子質量為3至3.7兆瓦。[5]DNA的染色體1在裡面人類基因組大約有2.49億鹼基對，每個平均質量約為650 da， 或者156 GDA全部的。[6]

這痣是一個單位物質的量，最初定義的化學和物理學中廣泛使用，以使以克測量的一種物質的質量在數值上等於其一個成分顆粒的平均質量，以達爾頓人測量。那就是摩爾質量化合物的數值在數值上等於其平均分子質量。例如，一個分子的平均質量水大約是18.0153 Daltons，一摩爾的水約為18.0153克。一種分子平均質量的蛋白質64 kda將有一個摩爾質量64 kg/mol。但是，儘管幾乎所有實際目的都可以假設這種平等，但現在僅是近似的，因為2019年5月20日重新定義痣的方式.[4][1]

通常，原子的達爾頓人的質量在數值上是接近的，但並不完全等於核子數包含在其中核。因此，在數值上，化合物的摩爾質量（克克）接近每個分子中包含的核子的平均數量。根據定義，一個原子的質量碳12IS是12個Daltons，與它具有的核子數量相對應（6質子和6中子）。但是，原子尺度對象的質量受到結合能其原子核中的核子以及其原子核的質量和結合能電子。因此，這種平等僅適用於所述條件下的碳12原子，並且其他物質會有所不同。例如，一個共同的一個未結合原子的質量氫同位素（氫-1，protium）是1.007825032241（94）DA，[a]質子的質量是1.007276466621（53）DA，[7]，一個免費中子的質量是1.00866491595（49）DA，[8]和一個氫-2（氘）原子是2.014101778114（122）DA.[9]通常，差異（絕對質量過剩）小於0.1％；例外包括氫-1（約0.8％），氦3（0.5％），鋰6（0.25％）和鈹（0.14％）。

道爾頓與質量單位不同原子單元系統， 哪一個是電子休息質量（me）。

能量等效物

原子質量常數也可以表示為能量等效，muc2。2018年尾巴推薦值是：

muc2=1.49241808560（45）×10-10j[10]=931.49410242（28）MEV[11]

這Megaelectronvolt質量等效（mev/c2）通常用作質量單位粒子物理，這些值對於實際確定相對原子質量也很重要。

歷史

概念的起源

讓·佩林（Jean Perrin）在1926年

解釋明確的法律根據物質理論暗示各種元素的原子質量具有明確的比率，取決於元素。儘管實際質量未知，但相對質量可以從該法律中推論出來。1803年約翰·道爾頓建議將最輕原子的原子質量（仍然未知的）作為原子質量的天然單位。這是原子量量表.[12]

出於技術原因，1898年，化學家威廉·奧斯特瓦爾德（Wilhelm Ostwald）其他提議將原子質量單位重新定義為1⁄16氧原子的質量。[13]該提議被國際原子量委員會（ICAW）在1903年。那是一個氫原子的質量，但氧氣更適合實驗測定。該建議是在發現元素同位素存在之前提出的，該元素同位素發生在1912年。[12]物理學家讓·佩林1909年在他的實驗中採用了相同的定義，以確定原子質量和Avogadro常數.[14]直到1961年，這個定義一直保持不變。[15][16]佩林還將“摩爾”定義為一個含有32克氧的分子的化合物量（o
2）。他稱這個數字為Avogadro編號為了紀念物理學家Amedeo Avogadro.

同位素變化

1929年發現氧同位素的發現需要對該單位的更精確的定義。不幸的是，使用了兩個不同的定義。化學家選擇將AMU定義為1⁄16自然界中發現的氧原子的平均質量；也就是說，已知的同位素的質量平均值，其自然豐度加權。另一方面，物理學家將其定義為1⁄16同位素氧氣原子的質量（16o）。[13]

IUPAC的定義

存在兩個不同單元的存在相同名稱的存在令人困惑，而差異（關於1.000282相對相對）足夠大，可以影響高精度測量。此外，發現氧的同位素在水和空氣中具有不同的自然豐富性。由於這些和其他原因，1961年國際純化學聯盟（IUPAC）吸收了ICAW，該定義採用了原子質量單元的新定義，用於物理和化學；即，1⁄12碳12原子的質量。這個新值介於兩個早期的定義之間，但更接近化學家使用的值（他們會受到最大的影響）。[12][13]

新單元被命名為“統一的原子質量單元”，並給出了一個新的符號“ U”，以替換已用於氧氣單元的舊“ AMU”。[17]但是，有時在1961年之後，有時使用了舊的符號“ AMU”來指代新單元，尤其是在外行和預備環境中。

有了這個新定義，標準原子重量的碳大約是12.011 da，氧氣大致15.999 DA。這些值通常用於化學的值，是基於許多樣本的平均值地球的地殼， 它的氣氛， 和有機材料.

BIPM收養

IUPAC 1961年對統一原子質量單位的定義，其名稱和符號為“ U”國際體重和措施（BIPM）1971年可用於SI的非SI單位.[18]

單位名稱

1993年，IUPAC為統一的原子質量單位提出了較短的名稱“ Dalton”（帶有符號“ DA”）。[19][20]與瓦特（Watt）和牛頓（Newton）等其他單位名稱一樣，“道爾頓”（Dalton）並未以英語資本化，而是它的象徵“ da”已大寫。這個名字得到了國際純物理聯盟（IUPAP）在2005年。[21]

2003年，該名稱被推薦給BIPM諮詢委員會， 的一部分CIPM，因為它“較短，並且在[SI]前綴上都可以更好地工作”。[22]2006年，BIPM在其第八版的正式定義中包括了道爾頓si.[23]該名稱也被列為“統一原子質量單元”的替代方案國際標準化組織在2009年。[24][25]現在，幾家科學出版商推薦了它[26]他們中的一些人考慮了“原子質量單位”和“ AMU”棄用。[27]2019年，BIPM在其第9版的正式定義中保留了道爾頓si同時將統一的原子質量單元從其表中接受SI接受的非SI單位，但其次指出，道爾頓（DA）和統一的原子質量單位（U）是同一單元的替代名稱（和符號）。[1]

2019年重新定義SI基礎單元

道爾頓的定義不受2019年重新定義SI基礎單元，[28][29][1]也就是說，SI中的1個DA仍然1⁄12在碳12原子的質量中，必鬚根據SI單位實驗確定的數量。但是，摩爾的定義被更改為包括準確的物質量6.02214076×1023實體和千克的定義也發生了變化。結果，摩爾質量常數不再是1 g/mol，這意味著任何物質的一摩爾質量中的革蘭氏數不再完全等於其平均分子質量中的達爾頓人數。[30]

測量

儘管針對中性原子定義了相對原子質量，但測量了它們（通過質譜）對於離子：因此，必須校正被去除的電子的質量，以形成離子，也必須校正其質量等效的質量。電子結合能，eb/muc2。碳12原子中六個電子的總結合能為1030.1089 ev=1.6504163×10-16j：eb/muc2=1.1058674×10-6，約為原子質量的一部分。[31]

在2019年重新定義SI單元之前，實驗的目的是確定Avogadro常數尋找統一原子質量單元的值。

Josef Loschmidt

Josef Loschmidt

首先通過間接獲得原子質量單位的合理準確值Josef Loschmidt1865年，通過估計給定氣體中的顆粒數量。[32]

讓·佩林

佩林（Perrin）在20世紀初通過多種方法估計了Avogadro的數量。他被授予1926年諾貝爾物理獎，主要是為了這項工作。[33]

庫爾儀

主要文章：庫爾儀

電荷痣的基本費用是一個常數法拉第常數，F，自1834年以來，其價值就已經廣為人知。邁克爾·法拉第出版他的電解作品。 1910年羅伯特·米利肯（Robert Millikan）獲得了電子上電荷的第一個測量， - e。商F/e提供了Avogadro常數的估計值。[34]

經典的實驗是Bower和Davis在nist，[35]並依靠溶解銀金屬遠離陽極一個電解細胞，傳遞常數電流I在已知的時間t。如果m是從陽極丟失的一團白銀嗎？一個r銀的原子量，然後由：法拉第常數給出：

NIST科學家設計了一種補償機械原因損失的銀的方法，並進行了同位素分析用於確定其原子重量的銀。它們對傳統法拉第常數的價值是F90=96485.39（13）C/mol，對應於Avogadro常數的值6.0221449（78）×1023摩爾-1：兩個值都有相對的標準不確定性1.3×10-6.

電子質量測量

實際上，原子質量常數是從電子休息質量me和電子相對原子質量一個r（e）（即電子的質量除以原子質量常數）。[36]電子的相對原子質量可以在迴旋子實驗，而電子的其餘質量可以源自其他物理常數。

在哪裡c是個光速，h是個普朗克常數，α是個精細結構常數， 和r∞是個Rydberg常數.

從下表中可以觀察到的舊值（2014年尾巴），Avogadro常數精確的主要限制因素是該值的不確定性普朗克常數，因為所有有助於計算的其他常數都更加精確。

持續的象徵2014尾巴值相對標準不確定性相關係數與n一個
質子 - 電子質量比mp/me1836.15267389（17）9.5×10-11-0.0003
摩爾質量常數mu0.001 kg/mol = 1 g/mol0（定義） -
Rydberg常數r∞10973731.568508（65）M-15.9×10-12-0.0002
普朗克常數h6.626070040（81）×10-34j猛1.2×10-8-0.9993
光速c299792458小姐0（定義） -
良好的結構常數α7.2973525664（17）×10-32.3×10-100.0193
Avogadro常數n一個6.022140857（74）×1023摩爾-11.2×10-81

力量目前定義的通用常數值可以從下表（2018年尾巴）中理解。

持續的象徵2018尾巴值[37]相對標準不確定性相關係數與n一個
質子 - 電子質量比mp/me1836.15267343（11）6.0×10-11 -
摩爾質量常數mu0.99999999965（30）×10-3kg/mol3.0×10-10 -
Rydberg常數r∞10973731.568160（21）M-11.9×10-12 -
普朗克常數h6.62607015×10-34j猛0（定義） -
光速c299792458小姐0（定義） -
良好的結構常數α7.2973525693（11）×10-31.5×10-10 -
Avogadro常數n一個6.02214076×1023摩爾-10（定義） -

X射線晶體密度方法

球形模型的單元的矽。X射線衍射測量細胞參數，一個，用於計算Avogadro常數的值。

矽如今，單晶可能在純度極高且晶格缺陷的商業設施中生產。該方法將Avogadro常數定義為摩爾體積，vm，到原子量v原子：

在哪裡和n是每單位單元單元的原子數量v細胞.

矽的晶胞具有8個原子的立方填料排列，並且可以通過確定單個單位細胞參數（長度）來測量單位細胞體積一個立方體的一側之一。[38]2018年的尾巴價值一個對於矽是5.431020511（89）×10-10m.[39]

實際上，測量是在稱為的距離上進行的d220（si），這是由米勒指數{220}，等於一個/√8.

這同位素必須測量並考慮使用的樣品的比例組成。矽發生在三個穩定的同位素中（28SI，29SI，30SI），其比例的自然變化比測量中的其他不確定性更大。這原子重量一個r對於樣品晶體，可以計算為標準原子量三個核素以非常準確的聞名。這是測量的密度ρ樣品中允許摩爾體積vm要確定：

在哪裡mu是摩爾質量常數。矽摩爾體積的2018年尾巴值是1.205883199（60）×10-5m3·莫爾-1，具有相對標準的不確定性4.9×10-8.[40]

也可以看看

筆記

  1. ^括號中的數字表示不確定性；看不確定性符號.

參考

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