원자 질량

양식화된 리튬-7 원자: 3개의 양성자, 4개의 중성자, 3개의 전자(총 전자수는 ~핵 질량의 1µ4300분의 1).질량은 7.016Da. 희귀 리튬-6(6.015Da)는 중성자가 3개밖에 없어 리튬의 원자량(평균)을 6.941로 줄였다.

원자질량(m_a 또는 m)은 원자의 질량이다.SI 질량 단위는 킬로그램(기호: kg)이지만 원자 질량은 종종 비 SI 단위 달톤(기호: Da)으로 표현된다. 즉, 통합 원자 질량 단위 u. 1 Da는 지면 상태에서 ^[1]정지된 자유 탄소-12 원자의 질량의 1⁄12로 정의된다.원자핵의 양성자와 중성자는 원자의 전체 질량의 거의 대부분을 차지하며, 전자와 핵 결합 에너지는 작은 기여를 한다.따라서 달톤으로 표현될 때 원자질량의 수치는 질량수와 거의 같은 값을 갖는다.킬로그램 단위 질량 및 달톤 단위 질량 변환은 원자 질량 $m_{\rm {u}}={{m({\rm {^{12}C}})} \over {12}}=1\ {\rm {Da}}$ m $m_{\rm {u}}={{m({\rm {^{12}C}})} \over {12}}=1\ {\rm {Da}}$ $m_{\rm {u}}={{m({\rm {^{12}C}})} \over {12}}=1\ {\rm {Da}}$ m ( $m_{\rm {u}}={{m({\rm {^{12}C}})} \over {12}}=1\ {\rm {Da}}$ C ) $m_{\rm {u}}={{m({\rm {^{12}C}})} \over {12}}=1\ {\rm {Da}}$ $=$ $m_{\rm {u}}={{m({\rm {^{12}C}})} \over {12}}=1\ {\rm {Da}}$ $m_{\rm {u}}={{m({\rm {^{12}C}})} \over {12}}=1\ {\rm {Da}}$ $m_{\rm {u}}={{m({\rm {^{12}C}})} \over {12}}=1\ {\rm {Da}}$ { $displaystyle m_{\rm {{12}C}} }$ \ $over {12} = 1 \$ ${rm$ { $Da$ 를 사용하여 수행할 수 있습니다.

변환에 사용되는 공식은 다음과 같습니다.^[2]^[3]

({displaystyle 1\{Da}}=m_{\rm {u}={M_{\rm {A}}}={M({12}C)\over {12\rm {A}}}={M({12}C)\over {12\rm {A}}}=1.660\539\60\60\60(60(60)\rmath^{{{}\rm}\rm}\rm}\rm}\rm {u}\m}\m}\m}\m}번

$M_{\rm {u}}$ 서 $({$ M_ ${\rm$ { $u}})$ 는 $M_{{{\rm {u}}}}$ 몰 질량 상수, $({$ { $A}})$ 는 $N_{\rm A}$ 아보가드로 상수,^[4] $M(^{12}\mathrm {C} )$ ( $M(^{12}\mathrm {C} )$ ^[5]C $){displaystyle$ M $({12}\mathrm {C})$ 은 $M(^{12}\mathrm {C} )$ 실험적으로 구한 탄소-12의 몰 질량이다.

상대 동위원소 질량(아래 섹션 참조)은 동위원소의 원자 질량_a m을 무차원 값을 산출하는 원자 질량 상수_u m으로 나누어 얻을 수 있다.따라서 탄소-12 원자의 원자 질량은 정의상 12Da이지만 탄소-12 원자의 상대 동위원소 질량은 12Da이다.분자 내 모든 원자의 상대적인 동위원소 질량의 합은 상대적인 분자 질량이다.

동위원소의 원자 질량과 상대 동위원소 질량은 원소의 특정 특정 동위원소를 가리킨다.물질은 보통 동위원소적으로 순수하지 않기 때문에 동위원소의 풍부함에 따라 가중치를 부여한 원소의 평균(평균) 원자질량인 원소 원자질량을 사용하는 것이 편리하다.무차원(표준) 원자량은 (일반적으로 자연적으로 발생하는) 동위원소 혼합물의 가중 평균 상대 동위원소 질량이다.

원자, 이온 또는 원자핵의 원자 질량은 결합 에너지 질량 손실( $E$ = $mc당 2$ ) 때문에 구성 양성자, 중성자 및 전자의 질량의 합보다 약간 작다.

상대 동위원소 질량

상대 동위원소 질량(단일 원자의 특성)은 화학 원소의 주어진 표본에서 많은 원자에 대한 값의 평균인 평균 원자량(위 참조)과 혼동해서는 안 된다.

원자 질량은 절대 질량인 반면 상대 동위원소 질량은 단위 없이 무차원 숫자입니다.이러한 단위 손실은 탄소-12 표준에 대한 스케일링 비율의 사용에서 비롯되며, 용어 "상대 동위원소 질량"에서 "상대적"이라는 단어는 탄소-12에 대한 스케일링을 의미한다.

상대 동위원소 질량은 주어진 동위원소(특히 단일 핵종)의 질량이며, 탄소-12의 질량에 의해 측정되며, 탄소-12의 질량은 실험적으로 결정되어야 한다.동위원소 또는 핵종의 상대 동위원소 질량은 탄소-12 원자 질량의 1/12에 상대적인 동위원소 질량이다.

예를 들어 탄소-12 원자의 상대 동위원소 질량은 정확히 12이다.비교를 위해 탄소-12 원자의 원자 질량은 정확히 12 달톤이다.또는 탄소-12 원자의 원자 질량은 다른 질량 단위로 표시할 수 있다.예를 들어 탄소-12 원자의 원자 질량은 1.99264687992(60)×10kg이다⁻²⁶.

달톤으로 나타낼 때 관련된 원자 질량의 경우와 마찬가지로 탄소-12 이외의 핵종의 상대적인 동위원소 질량수는 정수가 아니라 항상 정수에 가깝다.이것에 대해서는, 이하에 자세하게 설명합니다.

다른 수량에 대한 유사한 조건

원자질량 또는 상대 동위원소 질량은 때때로 상대 원자질량(원자량으로도 알려져 있음) 또는 표준 원자량(표준화된 의미에서 특정 원자량)의 동의어로 혼동되거나 잘못 사용된다.그러나 서문에서 언급한 바와 같이 원자 질량은 절대 질량이며 다른 모든 용어는 무차원이다.상대 원자량과 표준 원자량은 단일 핵종이 아닌 원소 표본의 상대 원자량 평균에 대한 항을 나타낸다.따라서 상대 원자 질량과 표준 원자량은 상대 동위원소 질량과 수치적으로 다르다.

원자질량(상대 동위원소 질량)은 한 번에 하나의 동위원소(핵종)만 될 수 있는 단일 원자의 질량으로 정의되며, 상대 원자질량/원자량의 경우처럼 풍성 가중 평균이 아니다.따라서 화학원소의 각 동위원소 및 핵종의 원자질량 또는 상대 동위원소 질량은 원칙적으로 고정밀로 측정할 수 있는 수치이다. 왜냐하면 그러한 핵종의 모든 표본은 동일한 에너지 상태에 있는 특정 유형의 모든 원자 및 p의 모든 표본과 정확히 일치할 것으로 예상되기 때문이다.관절핵종, 그 핵종의 다른 모든 표본과 질량이 정확히 동일할 것으로 예상된다.예를 들어 산소-16의 모든 원자는 산소-16의 다른 원자와 정확히 동일한 원자 질량(상대 동위원소 질량)을 가질 것으로 예상된다.

하나의 자연발생 동위원소(단핵 원소) 또는 하나의 지배 동위원소를 가진 많은 원소의 경우, 가장 일반적인 동위원소의 원자 질량과 (표준) 상대 원자량 또는 (표준) 원자량 사이의 차이는 작거나 심지어 0일 수 있으며, 대부분의 벌크 계산에 영향을 미치지 않는다.그러나 이러한 오류는 단일유클리드 원소가 아닌 개별 원자를 고려할 때 존재할 수 있고 심지어 중요할 수도 있다.

둘 이상의 공통 동위원소를 갖는 비단핵 원소의 경우, 가장 일반적인 상대 동위원소 질량에서 상대 원자 질량의 수치적 차이(원자량)는 질량 단위의 절반 이상이 될 수 있다(예: 원자량과 표준 원자량이 약 35.45인 염소의 경우 참조).일반적이지 않은 동위원소의 원자 질량(상대 동위원소 질량)은 상대 원자 질량, 원자량 또는 표준 원자량과 여러 질량 단위로 다를 수 있다.

상대적인 동위원소 질량은 항상 정수 값에 가깝지만, 두 가지 이유로 (탄소-12의 경우를 제외하고) 정확히 정수 값은 결코 아니다.

양성자와 중성자는 질량이 ^[6]^[7]다르고, 다른 핵종은 양성자와 중성자의 비율이 다르다.
원자 질량은 결합 에너지에 의해 다른 범위로 감소한다.

원자질량 대 질량수(핵자 수)의 비율은 Fe의 경우 0.9988381346(51)에서 H의 경우 1.00785031898(14)까지 다양하다.

핵결합 에너지로 인한 질량 결함은 실험적으로 동일한 수의 자유핵자 질량의 일부(1%) 미만이다.탄소-12의 핵자당 평균 질량과 비교했을 때, 대부분의 원자에 대한 결합의 질량 결함은 달톤(탄소-12에 기초한 통일된 원자질량 단위)의 훨씬 작은 부분이다.자유 양성자와 중성자는 달톤의 작은 부분(1.38844933(49⁻³)×^[8]10Da)만큼 질량이 서로 다르기 때문에, 달톤으로 주어진 핵종의 상대적인 동위원소 질량 또는 원자 질량을 가장 가까운 정수로 반올림하면 항상 핵자 수 또는 질량 수를 알 수 있다.또한 중성자 수(중성자 수)는 질량 수(핵자 수)에서 양성자 수(원자 수)를 빼서 도출할 수 있다.

원자 질량의 질량 결함

일반적인 동위원소의 핵자당 결합 에너지.원자질량에 대한 질량수의 비율 그래프는 유사할 것이다.

원자질량 대 질량수의 비율이 1에서 벗어나는 양은 다음과 같습니다. 편차는 수소-1에서 양으로 시작하여 헬륨-4에서 국소 최소값에 도달할 때까지 감소합니다.리튬, 베릴륨, 붕소의 동위원소는 질량 대 질량 수 비율이 증가하는 것에서 알 수 있듯이 헬륨보다 덜 강하게 결합되어 있습니다.

탄소에서는 질량수에 대한 질량비(달톤 단위)가 1로 정의되며, 탄소 이후에는 철-56(철-58 및 니켈-62)에서 최소치에 도달할 때까지 1 미만이 되고, 그 후 원자번호가 증가할수록 무거운 동위원소에서는 양의 값으로 증가한다.이는 지르코늄보다 무거운 원소의 핵분열이 에너지를 생산하고, 니오브보다 가벼운 원소의 핵분열은 에너지를 필요로 한다는 사실과 일치한다.반면 스칸듐(헬륨 제외)보다 가벼운 원소의 두 원자의 핵융합은 에너지를 생성하는 반면 칼슘보다 무거운 원소의 핵융합은 에너지를 필요로 한다.베릴륨-8을 생성하는 He의 두 원자의 융합은 에너지를 필요로 할 것이고, 베릴륨은 다시 빠르게 분해될 것이다.⁴그는 삼중수소(³H) 또는 He와 융합할 수 있다. 이러한 과정은 빅뱅 핵합성 동안 발생했다.7개 이상의 핵자를 가진 원소의 형성은 삼중 알파 과정에서 리튬, 베릴륨, 붕소를 건너뛰어 탄소-12를 생성하기 위해 He의 세 개의 He 원자의 융합을 필요로 한다.

원자질량 ^[9]대 질량수의 비율 값은 다음과 같습니다.

핵종	원자질량 대 질량수의 비율
¹H	1.00785031898(14)
²H	1.007050889220(75)
³H	1.005349760440(27)
³그는	1.005343107322(20)
⁴그는	1.000650813533(40)
⁶리	1.00252048124(26)
¹²C.	1
¹⁴N	1.000219571732(17)
¹⁶오	0.999682163704(20)
⁵⁶Fe	0.9988381346(51)
²¹⁰포	0.999184461(59)
²³²Th(Th)	1.0001640242(66)
²³⁸U	1.0002133905(67)

원자질량 측정

원자 질량의 직접 비교와 측정은 질량 분석으로 이루어진다.

원자 질량과 분자 질량의 관계

분자에도 비슷한 정의가 적용된다.구성 원자의 원자 질량이 아닌 원자 질량을 더하면 화합물의 분자 질량을 계산할 수 있다.반대로 몰 질량은 (원자 또는 핵종 질량이 아닌) 표준 원자량에서 계산된다.따라서, 분자량과 몰 질량은 수치적으로 약간 다르며 다른 개념을 나타냅니다.분자 질량은 분자의 질량으로 구성 원자 질량의 합이다.몰 질량은 화학적으로 순수하지만 동위원소적으로 이질적인 앙상블에서 구성 분자의 질량의 평균이다.두 경우 모두 원자의 다중성(발생 횟수)을 고려해야 하며, 보통 각각의 고유한 질량과 그 다중성을 곱하여 고려해야 합니다.

CH의₄ 몰 질량
	표준 원자량	번호	총 몰 질량(g/mol) 또는 분자량(Da 또는 g/mol)
C	12.011	1	12.011
H	1.008	4	4.032
CH₄			16.043
CH¹₄ 분자량
	핵종 질량	번호	총 분자량(Da 또는 u)
¹²C.	12.00	1	12.00
¹H	1.007825	4	4.0313
CH₄			16.0313

역사

상대 원자 질량을 측정한 최초의 과학자는 1803년과 1805년 사이에 존 달튼과 토마스 톰슨, 그리고 1808년과 1826년 사이에 옌스 야콥 베르젤리우스였다.상대 원자질량(원자량)은 원래 1.00으로 간주된 가장 가벼운 원소인 수소와 비교하여 정의되었으며, 1820년대에 프라우트의 가설은 모든 원소의 원자질량이 수소의 정확한 배수로 증명될 것이라고 말했다.그러나 베르젤리우스는 곧 이것이 거의 사실이 아니라는 것을 증명했고, 염소와 같은 일부 원소의 경우, 약 35.5의 상대 원자 질량이 수소의 정수 배수의 거의 정확히 두 배 사이에 떨어집니다.그러나 나중에 이는 동위원소의 혼합에 의한 것으로 나타났으며, 순수 동위원소 또는 핵종의 원자 질량은 수소 질량의 배수로 약 1% 이내인 것으로 나타났다.

1860년대에 스타니슬라오 카니차로는 아보가드로의 법칙을 적용하여 상대 원자 질량을 정제했다.그는 원소의 상대적인 원자 질량을 결정하기 위한 법칙을 공식화하였습니다: 다른 분자에 포함된 같은 원소의 다른 양은 모두 원자량의 배수가 되며, 가스의 집합의 증기 밀도를 t 또는 그 이상을 포함하는 분자와 비교함으로써 상대적인 원자 질량과 분자 질량을 결정하였습니다.문제의 ^[10]화학 원소입니다.

20세기, 1960년대까지, 화학자와 물리학자들은 두 개의 다른 원자 질량 척도를 사용했다.화학자들은 산소 동위원소의 자연 혼합물이 원자 질량 16을 가지도록 "원자 질량 단위" (amu) 척도를 사용했고, 물리학자들은 가장 일반적인 산소 ¹⁶동위원소 (O, 8개의 양성자와 8개의 중성자를 포함)의 원자 질량에만 동일한 숫자 16을 할당했다.하지만, 산소-17과 산소-18도 천연 산소에 존재하기 때문에, 이것은 두 개의 다른 원자 질량의 표로 이어졌다.탄소-12, C에 기초한 통합 척도는 순수 동위원소에 기초한 물리학자 요구를 충족시키면서 수치적으로 화학자 척도에 근접했다.이것은 '통합 원자 질량 단위'로 채택되었다.현재 이 유닛의 이름에 대한 국제 단위계(SI)의 주요 권장사항은 달톤이며 기호 'Da'이다.'통합 원자질량 단위'와 기호 'u'는 같은 ^[11]단위를 위해 인식되는 이름과 기호이다.

원자량이라는 용어는 현재 사용되는 대부분의 경우 서서히 폐지되고 있으며 상대 원자량으로 대체되고 있다.이러한 명명법의 변화는 1960년대로 거슬러 올라가며, 통합 원자 질량 단위의 채택과 어떤 면에서는 무게가 부적절한 용어라는 깨달음에 의해 촉발된 과학계에서 많은 논쟁의 원인이 되었다."원자량"이라는 용어를 유지하는 주장은 "원자량"이라는 용어가 현장에서 잘 알려진 용어이며, "원자량"이라는 용어가 (현재 정의된 바와 같이) 이미 사용되고 있으며, "상대 원자량"이라는 용어가 상대 동위원소 질량(특정 핵종의 단일 원자의 질량, 표현된)과 쉽게 혼동될 수 있다는 것이었다.탄소-12 질량의 1/12에 상대적인 무차원, 위 섹션 참조).

1979년, 타협안으로, "상대 원자 질량"이라는 용어는 원자량의 2차 동의어로 도입되었다.20년 후, 이러한 동의어의 우선권은 역전되었고, "상대 원자 질량"이라는 용어는 현재 선호되는 용어이다.

그러나 "표준 원자량"이라는 용어는 ^[12]변경되지 않았다. 왜냐하면 "원자량"을 "상대 원자량"으로 간단히 대체하면 "표준 상대 원자량"이라는 용어가 생성되기 때문이다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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^ "Avogadro constant". The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty. May 2019. Archived from the original on 2000-10-25. Retrieved 24 June 2021.
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^ De Bievre, P.; Peiser, H. S. (1992). "'Atomic weight': The name, its history, definition, and units" (PDF). Pure Appl. Chem. 64 (10): 1535. doi:10.1351/pac199264101535. S2CID 96317287.

외부 링크

[1] IUPAC, 화학 용어집, 제2판('골드북') (1997).온라인 수정판: (2006–) "원자 질량". doi:10.1351/goldbook.A00496

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v t 몰 개념
상수	아보가드로 상수 볼츠만 상수 기체 상수
물리량	질량 농도 몰 농도 몰리티 덩어리 용량 밀도 몰 분율 질량분율 물질량 몰 질량 원자 질량 파티클 번호 압력. 열역학적 온도 몰 부피 특정 볼륨
법률	샤를의 법칙 보일의 법칙 게이-루삭의 법칙 복합가스 법칙 아보가드로의 법칙 이상기체의 법칙

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목차

상대 동위원소 질량

다른 수량에 대한 유사한 조건

원자 질량의 질량 결함

원자질량 측정

원자 질량과 분자 질량의 관계

역사

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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