Masa atomiko

Masa atomikoa (m_a) atomo baten oinarrizko egoerako masa da, eta kilogramotan edo masa atomikoaren unitateetan (u) adierazten da.

$$m_{u}=1u=1,660\,539\,066\,60(50)\,\times 10^{-27}\quad kg$$

Atomoen masaren gehiena nukleoko protoiek eta neutroiek osatzen dute, eta gainerakoa elektroien eta lotura nuklearren energiaren araberakoa da. Dena dela, masa atomikoa partikula horien guztien masen batura baino pixka bat txikiagoa da, lotura-energiaren masaren galeragatik (E = mc²). Izan ere, fisika nuklearrean, masa atomikoa energiaren baliokide bezala adierazten da, Einsteinen masa eta energiaren baliokidetasun ekuaziotik abiatuta: E = mc²; non E partikula baten energia, partikularen m masarekin eta argiaren abiadura erlazionatzen den.

Bestalde, masa atomikoaren zenbakizko balioa dalton-etan ere adierazi daiteke, eta kasu horretan, masa atomikoak masa-zenbakiaren balio oso antzekoa du. Izan ere,  Dalton (Da) 1 bere oinarrizko egoeran atsedenean dagoen karbono 12 atomo aske baten masaren 1/12 bezala definitzen da.

Honen ondorioz, Masa isotopiko erlatiboa lortzeko era da isotopo baten masa atomikoa m_a zatitzea masa atomiko konstantearekin (m_u). Emaitza adimentsionala izango da. Hala, karbono-12 atomo baten masa atomikoa 12 Da-koa da definizioz, baina karbono-12 atomo baten masa isotopiko erlatiboa 12 besterik ez da. Molekula bateko atomo guztien masa isotopiko erlatiboen batura masa molekular erlatiboa da. Izan ere, substantziak normalean isotopikoki puruak ez direnez, komeni da oinarrizko masa atomikoa erabiltzea; berau elementu baten batez besteko masa atomikoa da, eta elementu horren isotopoen ugaritasunak definitzen du.

Determinazio esperimentala

Gaur egun, masa atomikoak esperimetalki determinatzeko, masa-espektrometria erabiltzen da. Espektrometria hori, atomo ionizatu eta azeleratuek, E1 eremu elektriko jakin batean, jasaten duten desbideratze magnetikoan oinarritzen da.

Lehenik, atomoak lurrundu eta ionizatu egin behar dira, lagina berotuz eta iturri erradiaktibo batekin irradiatuz. Ondoren, lortutako erradioisotopoak abiadura handiko α edo β partikulekin igortzen dira. Partikula horiek talka egiten dute atomoen kanpoaldeko geruza elektronikoarekin, eta zenbait elektroi ezabatu. Horren ondorioz, atomoak q karga positiboarekin kargatuta geratzen dira; hau da, katioi bilakatzen dira. Jarraian, katioi horiek E1 eremu elektrikoan sartzen dira, non Δ V potentzial diferentzialaren ondorioz, azeleratu egiten diren v abiadura handia lortuz. Abiadura hori honela adierazten da:$$v={\sqrt {\frac {2q\Delta V}{m_{a}}}}={\sqrt {\frac {2ne\Delta V}{m_{a}}}}$$

Ondoren, katioiak abiaduraren arabera sailkatzen dituen gailu batetik igarotzen dira. Gailu honetan, kontrako indarrak (elektrikoa eta magnetikoa) sortzen dituzten E2 bigarren eremu elektrikoa eta B1 lehen eremu magnetiko perpendikular bat aurkitzen dira. Eremu horien doiketaren ondorioz igaro daitezke abiadura jakin bateko katioiak bertatik, jarraian  B2 bigarren eremu magnetikora sartzeko. Bertan, Lorentzen indarrari esker desbideratzen dira detektagailu bateraino, ibilbide zirkular bat jarraituz.

Ibilbide horretan katioiek lortzen duten abiaduratik eta ibilbidearen erradiotik (R), masa atomikoaren ondorengo adierazpena lor dezakegu:

$${\frac {m_{a}}{n}}={\frac {eB_{2}R}{v}}$$

Masa atomikoaren unitatea

Masa atomikoaren unitatea (u edo Da) Nazioarteko Unitate Sistema-ren (SI) barruan ez dagoen unitate bat da, oinarrizko egoeran dagoen karbono-12 atomo baten masarekin erlazionatuta dagoena. Elementu kimikoen eta beste espezie kimiko batzuen masak adierazteko erabiltzen da. Masa atomikoaren unitatearen m_u balioa honelakoa da:

$$m_{u}=1u=1,660\,539\,066\,60(50)\,\times 10^{-27}\quad kg$$

Masa atomikoaren unitateak erlazio zuzena du Avogadroren konstantearekin (N_A= 6.02214076 × 10²³ mol^–1). Karbono-12 atomo baten masa lortzeko era da mol baten masa, definizioz 12 g edo 0,012 kg, zatitzea mol horretan dagoen atomo kopuruarekin; hau da, Avogadroren konstantearen balioarekin. Eragiketa horren hamabirena eginez lortzen da masa atomikoaren unitatearen (m_u) balioa.

$$m_{u}={\frac {1}{12}}\cdot {\frac {0,012\;kg/mol\;^{12}C}{6,02214\times 10^{23}\;mol^{-1}}}={\frac {0,001\;kg/mol\;^{12}C}{6,02214\times 10^{23}\;mol^{-1}}}=1,660539\times 10^{-27}\;kg$$

Dalton unitate hau Da sinboloa, John Daltonen omenez (1766-1844), teoria atomikoaren egilea, izendatzea proposatu da. Askotan erabiltzen da biokimikan eta biologia molekularrean. Nahiz eta Pisuen eta Neurrien Konferentzia Orokorrak ez duen inoiz Nazioarteko Sistemaren unitate bezala ofizialki hartu, Dalton sinboloa erabiltzea onartzen du, baita multiplo eta azpimultiploekin konbinatuta ere.

 Masa atomikoaren eta masa molekularraren arteko erlazioa

Atomoen antzeko definizioak aplikatzen zaizkie molekulei; izan ere, konposatu baten masa molekularra haren atomoen masa atomikoak gehituz kalkulatu daiteke. Bestalde, masa molarra pisu atomiko estandarretatik kalkulatzen da (ez masa atomikoetatik edo masa nukleikoetatik). Hori dela eta, masa molekularraren eta masa molarraren zenbakizko balioak ezberdinak dira, eta kontzeptu ezberdinak definitzen dituzte. Masa molekularra molekula baten masa da, molekula osatzen duten atomoen masa atomikoen batura dena. Masa molarra, berriz, kimikoki purua baina isotopikoki heterogeneoa den multzo bateko molekulen masen batez bestekoa da. Bi kasuetan, atomoen aniztasuna (zenbat aldiz agertzen den) hartu behar da kontuan, normalean atomo bakoitzaren masa atomoaren kopuruarekin biderkatuz.

Historia

Masa atomiko erlatiboak zehaztu zituzten lehen zientzialariak honakoak izan ziren: alde batetik, John Dalton eta Thomas Thomson 1803-1805 artean eta, bestetik, Jöns Jakob Berzelius 1808-1826 artean. Hasieran, masa atomiko erlatiboa elementu arinenari erreferentzia egiteko definitu zen, hidrogenoa hain zuzen ere; 1.00 gisa hartu zen. Geroago, 1820ko hamarkadan, definizio honetan oinarrituz, Prout-en hipotesiak zioen elementu guztien masa atomikoak hidrogenoaren multiplo zehatzak izango zirela. Berzeliok, ordea, laster frogatu zuen hau ez zela inolaz ere egia.

1860ko hamarkadan, Stanislao Cannizzaro-k masa atomiko erlatiboen definizioa garatu zuen Avogadroren legea aplikatuz (1860ko Karlsruheko Kongresuan bereziki). Lege bat formulatu zuen elementuen masa atomiko erlatiboak zehazteko: molekula ezberdinetan dauden elementu beraren kantitate ezberdinak pisu atomikoaren multiplo osoak dira. Gainera, masa atomiko erlatiboak eta masa molekularrak determinatu zituen gas multzo baten lurrun-dentsitatea elementu kimiko bat edo gehiago duten molekulen lurrun dentsitatearekin alderatuz.

XX. mendean, 60ko hamarkadara arte, kimikariek eta fisikariek bi eskala atomiko erabili zituzten. Kimikariek "masa atomikoaren unitatea" (amu) eskala erabili zuten, eta horren bidez, oxigenoaren isotopoen nahasketa naturalak 16 masa atomikoa ematen zuen. Fisikariek, aldiz, 16 masa atomikoaren zenbakia oxigenoaren isotopo arruntenari esleitu zioten. Hala ere, oxigenoa-17 eta oxigenoa-18 ere oxigeno naturalean daudenez, bi masa atomikoren taula ezberdinak sortzea eragin zuen horrek. Karbono-12an (12C) oinarritutako eskala bateratuak ase egiten zuen fisikariek eskala isotopo huts batean oinarritzeko premia, eta, aldi berean, gertu zegoen kimikarien eskalatik lortutako balioetatik. Karbono-12 eskala hartu zen "masa atomikoaren unitate bateratua" bezala gisa. Unitate honen izenari dagokionez, "Da" da Unitateen Nazioarteko Sistemaren (SI) gomendio nagusia. "Unitate atomiko bateratua" izena eta "u" ikurra izen eta sinbolo ezagunak dira unitate berarentzako.

Gaur egungo erabilera gehienetan, Pisu atomikoaren terminoa pixkanaka ezabatzen ari da, masa atomiko erlatiboarekin ordezkatzen baita. Nomenklaturaren aldaketa hori 60ko hamarkadan gertatu zen, eta eztabaida askoren iturri izan da komunitate zientifikoan, masa atomikoaren unitatea termino modura onartu zutenean, pisua testuinguru askotan termino desegokia zela ohartu baitziren. "Pisu atomikoa" terminoa mantentzeko arrazoia, funtsean, hauxe zen: "masa atomikoa" terminoa jada erabiltzen zela (gaur egun definitzen den bezala), eta "masa atomiko erlatiboa" terminoa erraz nahas zitekeela masa isotopiko erlatiboarekin.

1979an, konpromezu gisa, "masa atomiko erlatiboa" terminoa izendatu zen pisu atomikoaren bigarren sinonimo gisa. Hogei urte geroago, sinonimo horien nagusitasuna alderantzizkatu zen, eta "masa atomiko erlatiboa" terminoa da orain gehien erabiltzen dena.

Kanpo estekak

• Datuak: Q3840065