وحدة كتل ذرية

وحدة الكتل الذرية (u), أودالتون (Da) هى وحدة صغيرة للكتلة تستخدم للتعبير عن الكتل الذرية والكتلة الجزيئية. وهى تساوي 1\12 من كتلة ذرة الكربون-12. وعلى هذا:

1 وحدة كتل ذرية (u) = 1\ N_Aمن الجرام والذى يساوي 1\(1000 N_A) من الكيلوجرام (حيث N_A هوعدد أفوجادرو

1 وحدة كتل ذرية (u) ≈ ; 1.66053886 x 10^-27 كيلوجرام

كما ان الرمز amu لا يزال يوجد حتى الآن, وخاصة في الأعمال القديمة. وغالبا ما تخط الكتل الذرية بدون وحدات على أنه يعهد ضمنيا حتى الوحدة المستخدمة هى وحدة الكتل الذرية.

فى محاضرات الكيمياء الحيوية والأحياء الجزيئية (وخاصة عند التحدث عن البروتينات), فإن المصطلح "دالتون" يستخدم, بالرمز "Da". ولأن البروتينات جزيئات كبيرة, فإنها توصف بالكيلودالتون, "kDa", وكون الكيلودالتون يساوى 1000 دالتون.

وحدة الكتل الذرية ليست من وحدات SI للكتلة, على الرغم من (بإسمها ورمزها) مقبولة للإستخدام من SI. (شاهد وصلة سقط SI بالأسفل).

وهذه الوحدة مناسبة نظرا لأن ذرة الهيدروجين تقريبا لها كتلة تساوى 1 وحدة كتل ذرية, وبصفة عامة فإن الذرة أوالجزيء الذى له "ن" من البروتونات والنيتروناتقد يكون له "ن" من وحدات الكتل الذرية. (وسبب هذا حتى ذرة الكربون بهاستة بروتونات,ستة نيوترونات,ستة إلكترونات, والبرتون والنيوترون تقريبا لهما نفس الكتلة, والإلكترون كتلته مهملة). وإن كان هذا التصورتقديري نظرا لأنه لا يأخذ في الإعتبار طاقة الترابط لنويات الذرات, وكتلة طاقة الترابط هذه ليست جزء ثابت من المجموع الكلي لكتلة الذرة.

كما حتى هناك سبب أخر لإستخدام وحدة الكتل الذرية وهوأنها سهلة الإستخدام 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).

كما حتى عدد أفوجادرو(N_A) والمول يتم إستخدامهم مع وحدة الكتل الذرية, ويكون المول الواحد من المادة الذى له كتلة ذرية أوجزيئية تساوى 1 وحدة كتل ذرية سيكون له كتلة تساوى 1 جرام.

فمثلا, الكتلة الجزيئية للماء تساوى 18.01508 وحدة كتل ذرية, وهذا يعنى حتى مول واحد من الماء له كتلة 18.01508 جرام, أوبالعكس, 1 جرام من الماء يحتوى على N_A\ 18.01508 ≈ (تقريبا) 3.3428 × 10²² جزيء.

قياس الكتل الذرية النسبية

يتم قياس الكتلة الذرية النسبية بواسطة مطياف الكتلة. بعد وضع عينة العنصر في مطياف الكتلة يتم قذفها بالإلكترونات التى تحول الذرة إلى أيون موجد. ويتم إستخدام 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 :

نسبة كتل النظائر في العينة.
تواجد النظائر.

تاريخ وحدة الكتل الذرية

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

وقبل 1961, كانت وحدة الكتل الذرية الفيزيائية فهم 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 المتنوعة للأكسجين). وكلا الوحدتين تختلف إختلاف قليل للغاية عن الوحدة المستخدمة حاليا, والتى تم إقتراحها بواسطة الإتحاد الدولي للفيزياء البحتة والتطبيقية في عام 1960 والإتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية في عام 1961.