道尔顿(单位)

不要与哈特里原子单位混淆。道尔顿(统一的原子质量单位)单位大量的象征da或u而得名约翰·道尔顿转换1 da或u in ......等于... 公斤 1.66053906660(50)×10−27 m u 1 我_ 1822.888486209(53) MEV/ C 2 931.49410242(28)道尔顿或统一的原子质量单位(符号: da或u )是一个定义为质量的非SI单位在其核和电子基态和静止状态下,碳12的未结合原子的质量的1/12 。原子质量常数(表示为m u)的定义相同,得出m u = 1 / 12 m ( 12 c)= 1 da 。

该单元通常用于物理和化学中,以表达原子级对象的质量,例如原子,分子和基本粒子,用于离散实例和多种类型的集合平均值。例如,氦4原子的质量为4.0026 da。这是同位素的内在特性,所有氦4原子具有相同的质量。乙酰水杨酸(阿司匹林),C9H8o4,平均质量约为180.157 da。但是,没有具有该质量的乙酰水杨酸分子。两个最常见的单个乙酰水杨酸分子的最常见质量为180.0423 DA,具有最常见的同位素,而181.0456 DA,其中一种碳是碳13。

蛋白质,核酸和其他大型聚合物的分子质量通常用Kilo Dalton(KDA)和Mega Dalton(MDA)表达。钛是已知蛋白质最大的蛋白质之一,其分子质量为3至3.7兆瓦。人类基因组中1染色体1的DNA的碱基对约2.49亿,平均质量约为650 DA ,或156 GDA总数。

摩尔是一种物质量的单位,广泛用于化学和物理学,最初是定义的,因此,一种物质的一摩尔的质量在克上将在数值上等于其成分颗粒之一的平均质量,即在达尔顿。也就是说,化合物的摩尔质量在数值上等于其平均分子质量。例如,一个水的平均质量约为18.0153 daltons,一摩尔的水约为18.0153克。一种蛋白质的分子平均质量为64 kDa的摩尔质量为64 kg/mol 。但是,尽管几乎所有实际目的都可以假设这种平等,但由于摩尔的2019年重新定义,现在仅是近似值。

通常,原子的达尔顿人的质量在数值上是接近的,但并不完全等于其核中核子的数量。因此,在数值上,化合物的摩尔质量(克克)接近每个分子中包含的核子的平均数量。根据定义,碳-12原子的质量为12 daltons,与其具有的核子数(6个质子和6个中子)相对应。然而,原子级对象的质量受其原子核中核子的结合能以及其电子的质量和结合能的影响。因此,这种平等仅适用于所述条件下的碳12原子,并且其他物质会有所不同。例如,公共氢同位素(氢-1 ,protium)的未结合原子的质量是1.007 825 032 241 (94)DA ,质子的质量为1.007 276 466 621 (53)da ,免费中子的质量是1.008 664 915 95 (49)DA ,氢-2 (氘)原子的质量为2.014 101 778 114 (122)da 。通常,差异(绝对质量过量)小于0.1%;例外包括氢-1(约0.8%),氦3 (0.5%),锂6 (0.25%)和铍(0.14%)。

道尔顿与原子单位系统中的质量单位不同,即电子静止质量( m e )。

能量等效物原子质量常数也可以表示为能量等效的m u c 2 。 2018年尾巴推荐的值是:

M U C 2 = 1.492 418 085 60 (45) × 10 -10 J = 931.494 102 42 (28)MEV巨型电子伏质量等量(MEV/ c 2 )通常用作粒子物理质量单位,这些值对于实际测定相对原子质量也很重要。

历史概念的起源让·佩林(Jean Perrin)在1926年根据物质原子理论对明确比例定律的解释暗示,各种元素的原子质量具有取决于元素的确定比率。虽然实际质量是未知的,但相对质量可以从该法律中推论出来。 1803年,约翰·道尔顿(John Dalton)提议使用最轻原子(氢气,氢)作为原子质量的天然单位(仍然未知的)原子量。这是原子重量量表的基础。

出于技术原因,1898年,化学家威廉·奥斯特瓦尔德(Wilhelm Ostwald)和其他人提议将原子质量单位重新定义为1/16的氧气原子质量。该提议在1903年被国际原子量委员会(ICAW)正式通过。这大约是一个氢原子的质量,但氧气更适合实验性确定。这一建议是在1912年发现同位素之前提出的。物理学家让·佩林(Jean Perrin)在1909年在实验中采用了相同的定义,以确定原子质量和avogadro常数。直到1961年,这个定义一直保持不变。Perrin还将“摩尔”定义为包含与32克氧的分子的化合物量(O2)。他称该数字为Avogadro号码,以纪念物理学家Amedeo Avogadro。

同位素变化1929年发现氧同位素的发现需要对该单位的更精确的定义。使用了两个不同的定义。化学家选择将AMU定义为自然界中氧原子平均质量的1/16 。也就是说,已知同位素的质量平均值,其自然丰度加权。另一方面,物理学家将其定义为同位素氧气16( 16 O)原子质量的1/16 。

IUPAC的定义存在两个不同单位的同名单位令人困惑,而差异(关于1.000 282相对术语)足够大,可以影响高精度测量。此外,发现氧的同位素在水和空气中具有不同的自然丰富性。由于这些和其他原因,在1961年,吸收ICAW的国际纯化学和应用化学联盟(IUPAC)采用了原子量质量单位的新定义,用于物理和化学。也就是说,碳12原子的质量的1/12 。这个新值介于两个早期的定义之间,但更接近化学家使用的值(他们会受到最大的变化影响)。

新单元被命名为“统一的原子质量单元”,并给出了一个新的符号“ U”,以替换用于氧气单元的旧“ AMU”。但是,有时在1961年以后,有时使用了旧的符号“ AMU”来指代新单元,尤其是在外行和预备环境中。

有了这个新的定义,碳的标准原子量是关于12.011 da ,氧气的氧15.999 DA 。这些值通常用于化学中,基于地壳,其大气和有机材料的许多样品的平均值。

BIPM收养IUPAC 1961年对统一原子质量单位的定义,其名称和符号为“ U”,在1971年由国际权重和措施(BIPM)采用,作为一个非SI单位,可与SI一起使用。

单位名称1993年,IUPAC为统一的原子质量单位提出了较短的名称“ Dalton”(带有符号“ DA”)。与瓦特(Watt)和牛顿(Newton)这样的其他单位名称一样,“道尔顿”(Dalton)的英语不是大写,而是它的象征“ da”已大写。该名称在2005年得到国际纯和应用物理(IUPAP)的认可。

在2003年, CIPM的一部分咨询委员会向BIPM推荐了这个名称,因为它“更短并且可以在[SI]前缀中效果更好”。 2006年,BIPM将道尔顿(Dalton)包括在其第8版的SI正式定义手册中,作为与SI一起使用的非SI单元。该名称也被国际标准化组织在2009年列为“统一原子群众单位”的替代方案。现在,几家科学出版商推荐它,其中一些人认为“原子群众单位”和“ AMU”已弃用。 2019年,BIPM在第9版的SI手册中保留了道尔顿统一的原子质量单元(U)是同一单元的替代名称(和符号)。

2019年重新定义SI基础单元道尔顿的定义不受2019年SI基础单元的重新定义的影响,即Si中的1 DA仍然是碳12原子的质量的1/12 ,必须根据实验确定这一数量SI单位。但是,摩尔的定义被更改为包括准确的物质量6.022 140 76 × 10 23实体和千克的定义也发生了变化。结果,摩尔质量常数保持接近,但不再完全1 g/mol,这意味着任何物质的一摩尔的克质量几乎保持几乎,但在数值上不再完全等于达尔顿的平均分子质量,尽管相对标准不确定性重新定义时的4.5 × 10 -10对于所有实际目的都是微不足道的。

测量尽管针对中性原子定义了相对原子质量,但它们的测量(通过质谱法)的离子:因此,必须校正去除离子的电子质量的测量值,以及对于形成离子的质量,以及对于质量等效的质量。电子结合能E B / M U C 2 。碳12原子中六个电子的总结合能为1 030 .1089 ev = 1.650 4163 × 10 -16 J : E B / M U C 2 = 1.105 8674 × 10 −6 ,大约是原子的质量中的一部分。

在2019年重新定义SI单元之前,实验的目的是确定Avogadro常数以寻找统一原子质量单位的值的值。

Josef LoschmidtJosef Loschmidt1865年,约瑟夫·洛斯米特(Josef Loschmidt)首先间接获得原子质量单位的相当准确的值,这是通过估计给定气体体积中的颗粒数来获得的。

让·佩林佩林(Perrin)在20世纪初通过多种方法估计了Avogadro的数量。他被授予1926年诺贝尔物理学奖,主要是为这项工作。

库尔仪主要文章:库尔仪每摩尔的基本电荷电荷是一个称为Faraday常数F的常数F ,其价值自1834年以来,迈克尔·法拉迪(Michael Faraday)发表了他的电解作品以来。 1910年,罗伯特·米利肯(Robert Millikan)获得了电子电荷的首次测量,即 - e 。商f / e提供了对Avogadro常数的估计。

经典的实验是NIST的Bower和Davis的实验,并依靠将银金属溶解在电解电池的阳极中,而在已知的时间t中将恒定电流i传递。如果m是阳极中损失的白银和银的原子量,则法拉第常数由以下方式给出:

NIST科学家设计了一种补偿机械原因损失的银的方法,并对用于确定其原子量的银进行了同位素分析。它们对传统法拉第常数的价值为f 90 = 96 485 .39(13)C/mol ,对应于Avogadro常数的值6.022 1449 (78) × 10 23 mol -1 :两个值都有相对标准的不确定性1.3 × 10 -6 。

电子质量测量在实践中,原子质量常数由电子静质质量和电子相对原子质量A R (E )确定(即电子的质量除以原子质量常数)。电子的相对原子质量可以在回旋体实验中测量,而电子的其余质量可以源自其他物理常数。

其中c是光的速度, h是普朗克常数, α是细结构常数, r∞是rydberg常数。

从下表中可以从旧值(2014年尾巴)中观察到的那样,Avogadro常数精确的主要限制因素是普朗克常数值的不确定性,因为所有促成计算的其他常数均为更精确地知道。

持续的象征2014尾巴值相对标准不确定性与n a的相关系数质子 - 电子质量比m p / m e1836.15267389(17)9.5×10−11−0.0003摩尔质量常数m u0.001 kg/mol = 1 g/mol0(定义) —Rydberg常数R∞ _10 973 731 .568 508 (65)M -15.9×10−12−0.0002普朗克常数h6.626 070 040 (81) × 10 -34jšs1.2×10−8−0.9993光速c299 792 458 m/s0(定义) —良好的结构常数α7.2973525664(17)×10−32.3×10−100.0193Avogadro常数n a6.022 140 857 (74) × 10 23 mol -11.2×10−81可以从下表(2018年尾巴)中理解当前定义的通用常数值的功能。

持续的象征2018尾巴值相对标准不确定性与n a的相关系数质子 - 电子质量比m p / m e1836.15267343(11)6.0×10−11 —摩尔质量常数m u0.999 999 999 65 (30) × 10 -3 kg/mol3.0×10−10 —Rydberg常数R∞ _10 973 731 .568 160 (21)m -11.9×10−12 —普朗克常数h6.626 070 15 × 10 -34jÅS0(定义) —光速c299 792 458 m/s0(定义) —良好的结构常数α7.2973525693(11)×10−31.5×10−10 —Avogadro常数n a6.022 140 76 × 10 23 mol -10(定义) —X射线晶体密度方法矽单元的球粘模型。 X射线衍射测量细胞参数A ,用于计算Avogadro常数的值。如今,矽单晶可以在纯度极高且晶格缺陷的商业设施中生产。该方法将Avogadro常数定义为摩尔体积V M与原子体积V原子的比率:

其中和n是体积VCELL的每个单位单元的原子数。

矽的单位电池具有8个原子的立方填料排列,并且可以通过确定单个单位细胞参数,即立方体的一个侧面的长度A来测量单位细胞体积。矽的2018年尾巴值是5.431 020 511 (89) × 10 -10 m 。

实际上,测量值是在称为D 220 (Si)的距离上进行的,该距离是由Miller指数{220}表示的平面之间的距离,等于A / √8 。

必须测量并考虑使用的样品的同位素比例组成。矽发生在三个稳定的同位素( 28 Si, 29 Si, 30 Si)中,其比例的自然变化大于测量中的其他不确定性。可以计算出样品晶体的原子量A R ,因为三个核心的标准原子量以非常精确的态度已知。这与样品的测得密度ρ一起允许确定摩尔体积V m :

其中m u是摩尔质量常数。矽摩尔体积的2018年尾巴值是1.205 883 199 (60) × 10 -5 m 3 ·mol -1 ,具有相对标准不确定性4.9 × 10 -8 。

也可以看看质量(质谱法)肯德里克·弥撒单异位质量质量与电荷比

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