Dalton (birim)

Bilgibank, Hoşgeldiniz
(Atomik kütle birimi sayfasından yönlendirildi)
Gezinti kısmına atla Arama kısmına atla
dalton
(birleşik atomik kütle birimi)
Birim sistemiFiziksel sabit
(SI ile kullanım için kabul edilir)
Birimkütle
SembolDa veya u 
Adlı sonraJohn Dalton
Birim dönüşümleri
1 Da veya u ...... eşittir ...
   kg   1.660539040(20)×10−27
   mu   1
   me   1822.888486209(53)
   MeV/c2   931.49410242(28)

Dalton veya birleşik atomik kütle birimi (sembolleri: Da veya u) fizik ve kimyada yaygın olarak kullanılan bir kütle birimidir. Nükleer ve elektronik temel durumunda ve hareketsiz durumda bağlı olmayan bir karbon-12 nötr atomunun kütlesinin 1/12'si olarak tanımlanır. mu ile belirtilen atomik kütle sabiti, mu = m(12C)/12 = 1 Da vererek özdeş olarak tanımlanır.

Bu birim fizik ve kimyada atomlar, moleküller ve temel parçacıklar gibi atom ölçeğinde nesnelerin kütlesini ifade etmek için yaygın bir şekilde kullanılır. Örneğin, bir helyum-4 atomu, 4.0026 Da'lık bir kütleye sahiptir. Bu izotopun gerçek bir özelliğidir ve tüm helyum-4 aynı kütleye sahiptir. Asetilsalisilik asit (aspirin), C
9
H
8
O
4
'ün ortalama kütlesi yaklaşık 180.157 Da'dır. Bununla birlikte, bu kütleye sahip asetilsalisilik asit molekülleri yoktur. Bireysel asetilsalisilik asit moleküllerinin en yaygın iki kütlesi 180.04228 Da ve 181.04565 Da'dır.

Proteinlerin, nükleik asitlerin ve diğer büyük polimerlerin moleküler kütleleri genellikle kilodalton (kDa), megadalton (MDa) birimleri ile ifade edilir. Bilinen en büyük proteinlerden biri olan titin, 3 ila 3.7 megadalton arasında bir moleküler kütleye sahiptir. İnsan genomundaki kromozom 1'in DNA'sı, her biri ortalama 650 Da veya toplam 156 GDa'lık bir kütleye sahip olan yaklaşık 249 milyon baz çiftine sahiptir.

Mol, kimya ve fizikte yaygın olarak kullanılan, bir maddenin bir molünün kütlesi, gram cinsinden ölçülürse, sayısal olarak dalton cinsinden ölçülen bileşen parçacıklarından birinin ortalama kütlesine eşit olacaktır. Yani, bir kimyasal bileşiğin molar kütlesinin sayısal olarak ortalama molekül kütlesine eşit olması amaçlanmıştır. Örneğin, bir su molekülünün ortalama kütlesi yaklaşık 18.0153 daltondur ve bir mol su yaklaşık 18.0153 gramdır. Molekülünün ortalama kütlesi 64 kDa olan bir proteinin mol kütlesi 64 kg/mol olacaktır. Bununla birlikte, bu eşitlik neredeyse tüm pratik amaçlar için kabul edilebilirken, mol 20 Mayıs 2019'da yeniden tanımlanma şekli nedeniyle artık sadece yaklaşıktır.

Genel olarak, bir atomun daltonlarındaki kütle sayısal olarak yakındır, ancak çekirdeğinde bulunan A nükleon sayısına tam olarak eşit değildir. Bir bileşiğin molar kütlesinin (mol başına gram) sayısal olarak her molekülde bulunan ortalama nükleon sayısına yakın olduğu izlenir. Tanım olarak, bir karbon-12 atomunun kütlesi, sahip olduğu nükleon sayısına (6 proton ve 6 nötron) karşılık gelen 12 daltondur. Bununla birlikte, atom ölçeğinde bir nesnenin kütlesi, atom çekirdeğindeki nükleonların bağlanma enerjisinin yanı sıra elektronlarının kütle ve bağlanma enerjisinden de etkilenir. Bu nedenle, bu eşitlik belirtilen koşullarda sadece karbon-12 atomu için geçerlidir ve diğer maddeler için değişecektir. Örneğin, ortak hidrojen izotopunun (hidrojen-1, protium) bağlanmamış bir atomunun kütlesi 1.007825032241(94) Da, bir serbest nötronun kütlesi 1.00866491595(49) Da ve bir hidrojen-2 ( döteryum) atomu 2.014101778114(122) Da'dır. Genel olarak, fark (kütle kusuru) %0.1'den azdır; istisnalar arasında hidrojen-1 (yaklaşık %0.8), helyum-3 (%0.5), lityum (%0.25) ve berilyum (%0.15) yer alır.

Birleştirilmiş atomik kütle birimi ve dalton, atomik birim sistemlerindeki kütle birimi ile karıştırılmamalıdır, bunun yerine elektron dinlenme kütlesi (me)'dir.

Enerji eşdeğerleri

Atom kütlesi sabiti enerji eşdeğeri yani muc2 olarak da ifade edilebilir. 2018 CODATA tarafından önerilen değerler:

Megaelektronvolt (MeV) genellikle parçacık fiziğinde bir kütle birimi olarak kullanılır ve bu değerler bağıl atomik kütlelerin pratik belirlenmesi için de önemlidir.


Tarihçe

Kavramın kökeni

Belirli oranlar yasasının atomun madde teorisi açısından yorumlanması, çeşitli elementlerin atom kütlelerinin elementlere bağlı belirli oranlara sahip olduğunu ima eder. Gerçek kütleler bilinmemekle birlikte, göreceli kütleler bu yasadan çıkarılabilir. 1803 yılında John Dalton, en hafif atomun (hala bilinmeyen) atomik kütlesini, hidrojen kütlesinin atomik kütlenin doğal birimi olarak kullanmayı önerdi. Bu atom ağırlığı ölçeğinin temeliydi.

Teknik nedenlerden dolayı, 1898'de kimyager Wilhelm Ostwald ve diğerleri, atomik kütle birimini bir oksijen atomunun kütlesinin 1/16'sı olarak yeniden tanımlamayı önerdiler. Bu teklif, 1903 yılında Uluslararası Atomik Ağırlıklar Komitesi (ICAW) tarafından resmen kabul edildi. Bu, yaklaşık olarak bir hidrojen atomunun kütlesiydi, ancak oksijen, deneysel belirlemeye daha uygundu. Bu öneri, 1912'de meydana gelen element izotoplarının varlığını keşfetmeden önce yapıldı. Aynı tanım 1909'da fizikçi Jean Perrin'in atomik kütleleri ve Avogadro sabitini belirlemek için yaptığı kapsamlı deneylerinde kabul edildi. Bu tanım 1961'e kadar değişmeden kaldı. Perrin ayrıca "mol" ü, 32 gram oksijen (O2) kadar çok molekül içeren bir bileşik miktarı olarak tanımladı. Bu numaraya fizikçi Amedeo Avogadro onuruna Avogadro numarası denildi.

İzotopik varyasyon

1929'da oksijen izotoplarının keşfi, birimin daha kesin bir tanımını gerektiriyordu. Ne yazık ki, iki ayrı tanım devreye girdi. Kimyagerler AMU'yu doğada bulunan bir oksijen atomunun ortalama kütlesinin 1/16'sı olarak tanımlamayı seçerler; yani, doğal bolluklarına göre ağırlık olarak bilinen izotopların kütlelerinin ortalaması. Fizikçiler ise izotop oksijen-16 (16O) atomunun kütlesinin 1/16'sı olarak tanımladılar.

IUPAC'ın tanımı

Aynı ada sahip iki ayrı birimin varlığı kafa karıştırıcıydı ve fark (göreceli olarak yaklaşık 1.000282) yüksek hassasiyetli ölçümleri etkileyecek kadar büyüktü. Ayrıca, oksijen izotoplarının suda ve havada farklı doğal bolluklara sahip olduğu keşfedildi. Bu ve diğer nedenlerle, 1961'de ICAW'ı absorbe eden Uluslararası Saf ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC), hem fizikte hem de kimyada kullanılmak üzere atomik kütle biriminin yeni bir tanımını kabul etti; yani, bir karbon-12 atomunun kütlesinin 1/12'si. Bu yeni değer, daha önceki iki tanım arasında orta düzeydeydi, ancak kimyacılar tarafından kullanılan değere daha yakındı.

Yeni birime "birleşik atomik kütle birimi" adı verildi ve oksijen bazlı birimler için kullanılmış olan eski "amu" nun yerine yeni bir "u" sembolü verildi. Bununla birlikte, eski sembol "amu" bazen 1961'den sonra yeni birime, özellikle de sunma ve hazırlık bağlamlarında atıfta bulunmak için kullanılmıştır.

Bu yeni tanım ile, karbonun standart atom ağırlığı yaklaşık 12.011 Da ve oksijenin ağırlığı yaklaşık 15.999 Da'dır. Genellikle kimyada kullanılan bu değerler, yer kabuğundan, atmosferinden ve organik malzemelerden elde edilen birçok numunenin ortalamalarına dayanmaktadır.

BIPM tarafından kabul edilmesi

Bu isim ve sembol "u" olan birleşik atomik kütle biriminin IUPAC 1961 tanımı, 1971'de "SI ile kullanımı kabul edilen SI olmayan bir birim" olarak kabul edildi.

dalton

1993 yılında IUPAC, birleşik atomik kütle birimi için daha kısa "dalton" adını ("Da" sembolüyle) önerdi. Watt ve newton gibi diğer birim adlarında olduğu gibi, "dalton" İngilizce olarak büyük harfle yazılmaz, ancak "Da" sembolü büyük harfle yazılır. Bu isim 2005 yılında Uluslararası Saf ve Uygulamalı Fizik Birliği (IUPAP) tarafından onaylanmıştır.

2003 yılında bu isim BIPM'ye "daha kısa olduğu ve [SI] önekleriyle daha iyi çalıştığı" için CIPM'nin bir parçası olan Danışma Birimleri Komitesi tarafından önerildi. 2006 yılında, BIPM daltonu SI'nın resmi tanımının 8. baskısına dahil etti. İsim, 2009 yılında Uluslararası Standardizasyon Örgütü tarafından "birleşik atomik kütle birimi" ne alternatif olarak da listelenmiştir. Şimdi birkaç bilimsel yayıncı tarafından önerilmektedir ve bazıları "atomik kütle birimi" ve "amu" kullanımdan kaldırılmıştır. 2019'da BIPM daltonu, SI'nın resmi tanımının 9. baskısında korurken birleşik atomik kütle birimini SI ile kullanılması kabul edilen SI olmayan birimler tablosundan düşürdü, ancak ikincil olarak daltonun (Da) ve birleşik atomik kütle birimi (u) aynı birim için alternatif isimlerdir (ve sembollerdir).

2019 SI ana birimlerinin yeniden tanımlanması

Daltonun tanımı, SI baz birimlerinin 2019 yeniden tanımlanmasından etkilenmedi, yani SI'daki 1 Da, bir karbon-12 atomunun kütlesinin 1/12'si, deneysel olarak belirlenmesi gereken bir miktar SI birimleridir. Bununla birlikte, bir mol tanımı tam olarak 6.02214076×1023 varlıktan oluşan madde miktarı olarak değiştirildi ve kilogramın tanımı da değiştirildi. Sonuç olarak, molar kütle sabiti artık tam olarak 1 g/mol değildir, yani herhangi bir maddenin bir molünün kütlesindeki gram sayısının artık ortalama moleküler kütlesindeki dalton sayısına tam olarak eşit olmadığı anlamına gelir.

Ölçüm

Her ne kadar bağıl atom kütleleri nötr atomlar için tanımlansa da, iyonlar için (kütle spektrometrisi ile) ölçülürler: bu nedenle ölçülen değerler iyonları oluşturmak için çıkarılan elektronların kütlesi ve ayrıca elektron bağlanma enerjisi Eb/muc2'nin kütle eşdeğeri için düzeltilmelidir. Bir karbon-12 atomundaki altı elektronun toplam bağlama enerjisi1030.1089 eV = 1.650 4163×1016 J: Eb/muc2 = 1.105 8674×106, veya atom kütlesinin 10 milyonunda yaklaşık bir parçadır.

SI birimlerinin 2019 yeniden tanımlanmasından önce, birleştirilmiş atomik kütle biriminin değerini bulmak için Avogadro sabitinin değerini belirlemek için deneyler amaçlandı.

Josef Loschmidt

Atomik kütle biriminin makul olarak doğru bir değeri ilk olarak 1865 yılında Josef Loschmidt tarafından belirli bir gaz hacmindeki parçacıkların sayısı tahmin edilerek dolaylı yoldan elde edilmiştir.

Jean Perrin

Perrin, Avogadro sayısını 20. yüzyılın başında çeşitli yöntemlerle tahmin etti. Büyük ölçüde bu çalışma için 1926 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

Kulometri

Elektron molü başına elektrik yükü, Faraday sabiti olarak adlandırılan bir sabittir, bu değer Michael Faraday'ın elektroliz üzerine çalışmalarını yayınladığı 1834'ten beri bilinir. 1910 yılında, Robert Millikan bir elektron e üzerindeki yükün ilk ölçümünü aldı, örn. F/e bölümü, Avogadro sayısının bir tahminini verdi.

Klasik deney, BIST ve Davis'in NIST'teki deneyidir ve bilinen bir süre t boyunca sabit bir elektrik akımı I geçirilirken gümüş metalin elektroliz hücresinin anotundan erimesine dayanır. m, anoddan ve Ar'ın gümüşün atomik ağırlığından kaybedilen gümüş kütlesi ise, Faraday sabiti şu şekilde verilir:

NIST bilim adamları, anottan kaybedilen gümüşü mekanik nedenlerle telafi etmek için bir yöntem geliştirdiler ve atomik ağırlığını belirlemek için kullanılan gümüşün izotop analizini gerçekleştirdiler. Geleneksel Faraday sabiti için değerleri F90 = 96485.39(13) C/mol idi, bu da Avogadro sabiti için 6.0221449(78)×1023 mol-1 değerine karşılık geliyor: her iki değerin de göreceli standart belirsizliği 1.3×10−6.

Elektron kütle ölçümü

Uygulamada, atomik kütle sabiti elektron dinlenme kütlesinden me ve elektron bağıl atomik kütlesi Ar(e) 'den (yani, elektronun kütlesinin atomik kütle sabitine bölünmesiyle) belirlenir. Elektronun nispi atom kütlesi siklotron deneylerinde ölçülebilirken, elektronun geri kalan kütlesi diğer fiziksel sabitlerden türetilebilir.

burada c ışık hızı, h Planck sabiti, α ince yapı sabiti ve R Rydberg sabiti.

Kaynak

"Bilgibank.tk" adresinden alınmıştır.