יחידת מסה אטומית מאוחדת

יחידת מסה אטומית מאוחדת (Unified atomic mass unit) (כונתה בעבר גם יחידת מסה אטומית, AMU או amu) היא יחידת מסה המשמשת למדידת המסות של אטומים ומולקולות. כינויה החלופי של היחידה, דלטון (Dalton, סימן: Da), הוא על שם ג'ון דלטון.

סימנה של היחידה הוא u. היא שווה בדיוק ל-¹⁄₁₂ ממסתו של אטום של האיזוטופ פחמן-12, אשר מכיל 6 פרוטונים, 6 נייטרונים ו-6 אלקטרונים. יחידת מסה אטומית מאוחדת אחת שווה למסה הממוצעת המשוקללת של הפרוטון, הנייטרון והאלקטרון, דהיינו, חצי מסת הפרוטון ועוד חצי מסת הנייטרון ועוד חצי מסת האלקטרון, בניכוי פער המסה (אנרגיית הקשר הגרעינית לנוקליאון) של פחמן-12. יחידת מסה אטומית מאוחדת שווה בדיוק 931,494,095.4 eV/c² או ‎1.66053904×10^-27‎ kg.

יחידת מסה אטומית מאוחדת משמשת גם לציון מסה מולקולרית (molecular mass), שהיא המסה של מולקולה. לעתים קרובות, מסתן של מולקולות גדולות, בפרט מולקולות אורגניות, מצוינת באלפי יחידות מסה אטומית מאוחדת. לדוגמה, מסת מולקולה של נוגדן מסוג IgG היא בערך 150 kDa. לאור גודלן של מולקולות אלו והעובדה שלעתים הן אינן זהות זו לזו, הנתון עשוי להיות מקורב בלבד.

שינויים היסטוריים בהגדרת היחידה

ב-1805 מצא ג'ון דלטון כי לאטומים מסה קבועה ואופיינית, כאשר האטום הקטן ביותר – מימן – הוא בעל יחידת מסה אחת. בכך סתר דלטון תאוריה, שהייתה נפוצה מאז ימי יוון העתיקה, כי לכל האטומים מסה אחידה. פרנסיס אסטון, ממציא הספקטרומטריה של מסה, הגדיר מחדש בתחילת המאה ה-20 את יחידת המסה המולקולרית כ-¹⁄₁₆ מהמסה של האיזוטופ חמצן-16. עד 1961, יחידת המסה המולקולרית בה נעשה שימוש בתחום הפיזיקה הייתה החלק ה-16 ממסתו של האיזוטופ חמצן-16, בעוד יחידת המסה המולקולרית בה נעשה שימוש בתחום הכימיה הייתה החלק ה-16 ממסתו הממוצעת של אטום חמצן (תוך התחשבות בשכיחות של איזוטופים שונים של חמצן, בעלי מסות אטומיות שונות).

ב-1961 אומצה ההגדרה הנהוגה כיום: יחידת מסה אטומית מאוחדת היא החלק ה-12 ממסתו של אטום פחמן-12. אחד הטעמים לבחירת פחמן-12 למטרה זו הוא התפקיד שממלאים איזוטופים שונים של פחמן בתיארוך ממצאים ארכאולוגים (פחמן-14 דועך לפחמן-12 עם זמן מחצית חיים של 5,730 ± 40 שנים).

נוסחה למעבר ממסה אטומית למסה מולרית

המסה האטומית של חומר, ביחידות מסה אטומית מאוחדת, שווה למסה המולרית של מול אחד של אותו חומר, בגרמים. שני הנתונים שווים בדיוק, לפי עצם הגדרתו של מספר אבוגדרו: "מספר חלקיקים השווה למספר האטומים המצויים ב-12 גרמים של פחמן-12". מכיוון שהמסה האטומית של פחמן-12 היא בדיוק 12 u, גם זאת לפי הגדרה, מובן כי קיימת זהות בין המסה המולרית של חומר, ביחידות g/mol, לבין מסתו האטומית ביחידות u.

לדוגמה, אם מסתה של מולקולה אחת היא 150,000 u, מסתו של מול אחד (כלומר, מספר אבוגדרו של מולקולות כאלו) היא:

150,000 × 6.022140857 × 10²³ × 1.66053904 × 10^-27 kg = 150 kg

הווה אומר, אם המסה האטומית של חומר מסוים היא 150,000 u, אז 1mol = 150,000 g.

אם חומר מכיל יותר מסוג אחד של אטום, יש לשקלל את שיעורי האטומים השונים שבתוך החומר כדי למצוא את מסתו האטומית ומסתו המולרית. לדוגמה, מים הם בעלי הנוסחה המולקולרית H₂O, כלומר, כל מולקולה מכילה שני אטומי מימן ועוד אטום חמצן. מכיוון שיסודות שונים מופיעים בטבע כתערובת של איזוטופים שונים בעלי מספר מסה ומסה אטומית שונה, יש להשתמש בנתון של משקל אטומי או מסה אטומית יחסית (relative atomic mass). המסה האטומית היחסית של מימן היא ~ 1.008 u. המסה האטומית היחסית של חמצן היא 15.9994 u. לפיכך, המסה המולקולרית של מים היא

2 × 1.008 + 15.9994 ≈ 18.0154 u

ראו גם

• מספר אטומי (Z) – מספר הפרוטונים בגרעין של אטום מסוים; קובע את היסוד של האטום
• מספר מסה (A) – מספר הנוקליאונים (פרוטונים ונייטרונים) בגרעין של אטום מסוים; קובע את האיזוטופ של האטום
• מסה אטומית (m_a) – מסה של אטום מסוים; משתנה עם שינוי האיזוטופ; ניתנת למדידה ביחידות u
• משקל אטומי או מסה אטומית יחסית (A_r) – המסה הממוצעת של אטום אחד של יסוד מסוים, לאחר שקלול שכיחותם היחסית של האיזוטופים השונים של היסוד, שלכל אחד מהם מסה אטומית שונה
• מסה מולקולרית או מסה מולרית (M) – מסה של מולקולה מסוימת; ניתנת למדידה ביחידות u

קישורים חיצוניים

• SI אתר מערכת היחידות והמדידות הבינלאומית