Mengapa karbon-12 dipilih untuk unit jisim atom?

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

Unit jisim atom ditakrifkan sebagai 1/12 jisim atom karbon-12. Adakah terdapat sebab fizikal untuk definisi sedemikian? Adakah mereka cuba memasukkan elektron dalam unit jisim atom?

Mengapa tidak menentukan amu sebagai jisim satu proton atau neutron supaya dalam pengiraan nuklear sekurang-kurangnya satu zarah nuklear (daripada proton dan neutron) akan menjadi nombor keseluruhan yang bagus?

3 Answers


David Hammen 05/16/2017.

Kenapa Carbon-12 dipilih untuk unit jisim atom?

Seperti halnya di tempat lain di metrologi, jawapannya terikat dalam sejarah, ukuran, praktikal, kebolehulangan, kesalahpahaman yang lalu, dan konsistensi (walaupun kesalahpahaman yang lalu).

Sejarah jisim atom dan tahi lalat (kedua-duanya saling berkaitan) kembali ke abad ke-19 awal untuk John Dalton, bapa teori atom [1]. Unit jisim atom bersatu dinamakan selepasnya. Para saintis era itu hanya mempelajari tentang unsur-unsur; jadual berkala adalah 60 tahun di masa depan Dalton. Dalton pada mulanya mencadangkan menggunakan hidrogen sebagai asas. Isu-isu yang boleh diukur dan pengulangan dapat ditangani dengan cepat. Begitu juga kesilapan. Dalton, sebagai contoh, menganggap air adalah HO daripada H 2 O [2].

Isu-isu ini mengakibatkan ahli kimia beralih ke standard berasaskan oksigen berdasarkan oksigen yang terdapat di Bumi. (Unsur-unsur yang boleh datang dalam pelbagai isotop tidak diketahui pada masa ini.) Penyiasatan fizik di peringkat atom menyebabkan mereka mengembangkan piawai mereka sendiri pada abad ke-20, berdasarkan 16 O daripada campuran semula jadi O 16 O, 17 O, dan 18 O (jisim atom: 15.994915, 16.999131, dan 17.999161, dengan campuran nominal 379.9 ppm untuk 17 O, 2005.20 ppm untuk 18 O, dan bakinya 16 O) yang digunakan oleh ahli kimia.

Campuran semulajadi dari pelbagai isotop oksigen tidak tetap. Ia berbeza dengan masa, tempat, dan iklim. Pengukuran yang lebih baik dan penggunaan yang lebih luas yang dibuat berulang menjadi isu yang penting pada pertengahan abad ke-20. Penyebab utama adalah variasi semula jadi dalam dua isotop oksigen yang paling biasa, 16 O (isotop yang dominan) dan 18 O (kira-kira 2000 bahagian per juta, secara purata). Laporan Teknikal IUPAC [4] mengenai berat atom unsur-unsur menyenaraikan berat atom oksigen yang semulajadi yang berlaku dari 15.99903 hingga 15.99977.

Penyebab utama perubahan semulajadi ini adalah penyejatan keutamaan dan pemendakan molekul air berdasarkan pelbagai isotop oksigen. Air berdasarkan 16 O menguap lebih mudah daripada air berdasarkan 18 O, menjadikan lautan tropika sedikit tertumpu pada 18 O berbanding purata. Pada bahagian flip, air yang berasaskan 18 O mendakan sedikit lebih mudah daripada air berdasarkan 16 O. Ini menjadikan hujan di tropika mempunyai kepekatan 18 O sedikit lebih tinggi berbanding nominal, dan ia menjadikan hujan di lintang tinggi mempunyai sedikit lebih rendah 18 O kepekatan berbanding nominal.

Pakar fizikal mempunyai penyelesaian: Beralih ke standard 16 O adalah isotopically pure. Ini akan mewakili perubahan yang tidak dapat diterima (275 ppm [3]) dalam piawaian berasaskan oksigen kimia. Ia akan memerlukan buku teks, buku rujukan, dan mungkin yang paling penting, resipi yang digunakan di kilang penapis dan kilang-kilang kimia lain telah ditulis semula. Kos komersial akan menjadi sangat besar. Penting untuk memastikan bahawa metrologi wujud terlebih dahulu dan paling penting untuk menyokong perdagangan. Oleh itu, para ahli kimia tidak bersetuju dengan cadangan yang dibuat oleh ahli fizik.

Piawaian berasaskan karbon mewakili kompromi yang baik. Secara kebetulan, menentukan jisim atom sebagai 1/16 jisim mole oksigen yang terdiri daripada campuran semula jadi O 16 O, 17 O, dan 18 O adalah sangat dekat dengan satu standard yang menentukan jisim atom sebagai 1/12 jisim daripada mol 12 C [3]. Ini mewakili perubahan 42 ppm dari chemists standard oksigen semulajadi berbanding dengan perubahan 275 ppm yang akan menyebabkan perubahan kepada 1/16 jisim mol 16 O [3]. Piawaian baru ini didasarkan pada isotop tulen, dengan itu mengekalkan ahli fizik dengan gembira, dan ia mewakili keberangkatan yang kecil dari masa lalu, dengan itu mengekalkan ahli kimia dan perdagangan gembira.


Rujukan:

  1. Britannica.com mengenai entri teori John-Dalton / Atom
    Saya leary merujuk wikipedia. Britannica masih permainan yang adil untuk fakta asas.

  2. Kelas 11: Bagaimana Menggabungkan Atom
    Kesilapan Dalton untuk menganggap air adalah diatomik dilaporkan secara meluas. Ini adalah salah satu daripada banyak laman web yang membuat tuntutan ini terhadap kesilapan Dalton.

  3. Holden, Norman E. "Berat atom dan jawatankuasa antarabangsa-kajian sejarah." Chemistry International 26.1 (2004): 4-7.
    Saya mendapati ini selepas fakta, selepas Emilio Pisanty meminta saya untuk mencari beberapa rujukan. Ini mengatakan semua yang saya tulis, hanya lebih baik, lebih terperinci, dan banyak rujukan.

  4. Meija, Juris, et al. "Berat atom elemen 2013 (Laporan Teknikal IUPAC)." Pure and Applied Chemistry 88.3 (2016): 265-291.
    Lihat jadual 1, dan juga angka 6.


Jirka Hanika 05/16/2017.

Jisim nukleus tertentu tidak sama dengan jumlah massa zarah-zarah penyusun. Dari perspektif ini, mana-mana isotop (atau campuran isotop) akan dipilih sebagai standard definisi, tiada isotop lain (atau gabungan isotop) akan berakhir sebagai integer yang bagus.

Sebagai contoh, jika karbon-12 mempunyai enam proton dan enam neutron, seseorang mungkin mengharapkan hidrogen-2 (deuterium; satu proton + satu neutron) mempunyai berat atomnya tepat 2, tetapi nilai sebenarnya ialah 2.014. Untuk memahami ini, pertimbangkan reaksi gabungan nuklear yang akhirnya menghasilkan karbon-12 daripada deuterium. Reaksi melepaskan tenaga dan tenaga yang dikeluarkan tepat sama dengan jisim "hilang" (melalui $ E = mc ^ 2 $). Ia bukan permainan menghitung bersih dengan proton dan neutron.

Elektron tidak mempunyai banyak kaitan dengan ini. Ia bukan masalah interaksi kuat antara nukleon di dalam nukleus yang sama. Interaksi yang kuat menentukan "tahap keselesaan" nukleon dan oleh itu tenaga berpotensi yang terlibat dalam perpaduan atau pembelahan, dan oleh itu ia menentukan jisim nukleus.

Dari perspektif ini, anda boleh mempunyai satu isotop dengan berat atom yang bagus, tetapi mana-mana yang lain akan berakhir dengan berat atom yang "aneh". Dari perspektif ini tidak terlalu banyak yang isotop yang anda gunakan sebagai piawai, selagi masyarakat bersedia menerima cadangan anda.


Vera K 07/02/2017.

Terdapat dua jawapan yang baik untuk soalan anda, tetapi saya masih ingin melengkapi dan menjawab lebih khusus kepada soalan anda:

Unit jisim atom ditakrifkan sebagai 1/12 jisim atom karbon-12.

Ini tidak betul. Unit massa atom unified u ditakrifkan sebagai 1/12 jisim atom karbon-12. Unit jisim atom (amu) didefinisikan sebagai 1/16 jisim oksigen-16 isotop (fizik) atau 1/16 jisim (purata) atom oksigen (ahli kimia).

Adakah terdapat sebab fizikal untuk definisi sedemikian?

Tidak, tetapi ada sebab kimia. Ahli kimia mahukan nilai berangka "berat atom" dalam unit jisim atom bersatu menjadi sama dengan nilai berangka jisim molar. Sebagai contoh: berat molekul (yang merupakan purata beban berat massa isotop daripada atom) C ialah 12.0107 u dan jisim molarnya adalah 12.0107 g / mol. Ini membolehkan para ahli kimia melompat dengan mudah antara makro dan dunia mikro.

Adakah mereka cuba memasukkan elektron dalam unit jisim atom?

Ya, kerana apabila ahli kimia mengukur jisim unsur-unsur atau zat-zat, ini pada asasnya neutral. Fikirkan sebahagian besar karbon, aka berlian.

Mengapa tidak menentukan amu sebagai jisim satu proton atau neutron supaya dalam pengiraan nuklear sekurang-kurangnya satu zarah nuklear (daripada proton dan neutron) akan menjadi nombor keseluruhan yang bagus?

Kerana ahli kimia tidak berminat dengan zarah nuklear. Mereka biasanya mengukur bahan (molekul).

Fizik biasanya menggunakan unit jisim yang lain: $ m_e $ = jisim elektron, $ m_P $ = Jisim Planck, dsb.

Related questions

Hot questions

Language

Popular Tags