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Unità di massa atomica

unità di misura utilizzata solitamente per esprimere la massa di atomi, molecole...
Unità di massa atomica
Informazioni generali
Grandezzamassa
Simbolou, Da, uma, u.m.a., amu, a.m.u.
EponimoJohn Dalton
Conversioni
1 u in... ...equivale a...
Unità SI≈1,66054 × 10−27  kg
Unità CGS≈1,66054 × 10−24  g
Unità MTS≈1,66054 × 10−30  t
Unità US/Imp3,66086 × 10−27  lb
≈5,85738 × 10−26  oz
Unità ST≈1,69328 × 10−28  UTM
Unità troy≈5,33876 × 10−26  oz t
Unità di Planck≈7,62958 × 10−20  mP
Unità atomiche≈1 822,88  me
Unità SA≈8,30265 × 10−58  M

L'unità di massa atomica unificata (u), detta anche dalton (Da), è un'unità di misura di massa che non fa parte del Sistema Internazionale di unità di misura,[1] ma è da esso riconosciuta in virtù del largo impiego che ne viene fatto, specialmente in chimica, biochimica e biologia molecolare.

Altri suoi simboli che, seppur ancora utilizzati, sono divenuti oramai obsoleti sono amu (dall'inglese atomic mass unit) o uma, l'acronimo in lingua italiana.

Viene utilizzata frequentemente per la massa delle particelle elementari, di singoli atomi (massa atomica), molecole (massa molecolare), ioni, radicali. Questa unità è particolarmente diffusa anche perché sperimentalmente è più immediato confrontare masse di atomi e molecole, piuttosto che misurarne la loro massa, specialmente quando si utilizza uno spettrometro di massa.

DefinizioneModifica

Essa è definita come la dodicesima parte della massa di un atomo di carbonio-12 (12C). Quindi un numero di queste unità pari al valore numerico della costante di Avogadro corrisponde a un grammo:

 

invertendo questa conversione si trova che[2]:

 

L'unità di massa atomica è particolarmente conveniente perché un nucleone legato ha una massa circa pari a 1 unità, quindi un atomo o una molecola, con un numero di massa A ha una massa circa di A unità di massa atomiche. La ragione consiste nel fatto che un atomo di carbonio-12, da cui l'unità di massa atomica trae la sua definizione, contiene 6 protoni, 6 neutroni e 6 elettroni, con protoni e neutroni aventi all'incirca la stessa massa e gli elettroni aventi massa trascurabile. Questa approssimazione è comunque grossolana poiché non tiene conto della variazione della massa con l'energia di legame dei nuclei atomici (in base alla nota equazione di Einstein: E = mc²) e della differenza di massa tra il protone e il neutrone.

SimboliModifica

L'Unione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC), raccomanda di utilizzare il simbolo u per indicare l'unità di massa atomica unificata. Tuttavia, sia in biochimica sia in biologia molecolare è consuetudine utilizzare Da.[3]

Specialmente in vecchie pubblicazioni è possibile trovare l'acronimo uma oppure amu, oppure l'unità di misura non è indicata affatto. Quest'ultimo metodo era giustificato in passato con l'introduzione della massa atomica relativa che, essendo un rapporto tra la massa assoluta dell'atomo o del composto sotto esame e l'unità di massa atomica, doveva essere una quantità adimensionale.

Fattori di conversioneModifica

1 u = 1/NA g/mol = 1/(1000 NA) kg/mol
1 u ≈ 1,660 538 921 × 10−27 kg
1 u ≈ 9,314936148 × 108 eV/c²

La mole è definibile come il numero di molecole che mediamente pesano x unità contenute in x grammi di quella sostanza. Quindi l'unità di massa atomica coincide esattamente con l'unità di misura grammo/mole:

1 u = 1 g/mol

Per esempio, la massa molecolare dell'acqua è 18,01508 u ovvero 18,01508 g/mol; allo stesso modo, 1 g di acqua contiene 1 g × NA/18,01508 g/mol ≈ 3,3428 × 1022  molecole.

StoriaModifica

Il chimico John Dalton fu il primo a suggerire di utilizzare la massa di un atomo di idrogeno come riferimento nel confronto delle masse di atomi e composti chimici.

La scelta cadde inizialmente sull'atomo di idrogeno poiché questo era il più leggero tra tutti gli atomi, ma si rivelò in seguito inadeguata perché questo elemento non consente confronti diretti. Francis William Aston, l'inventore dello spettrometro di massa, propose in seguito di utilizzare come campione 1/16 della massa di un atomo di ossigeno-16.

Prima del 1961, l'unità di massa atomica usata in ambito fisico fu definita come 1/16 della massa di un atomo di ossigeno-16, ma l'unità di massa atomica usata in ambito chimico fu definita come 1/16 della massa media di un atomo di ossigeno (tenendo quindi conto dell'abbondanza dei diversi isotopi di ossigeno presenti in natura). Questa ambiguità fu chiarita nel 1960 dall'Unione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC) introducendo l'attuale definizione di unità di massa atomica unificata.

Relazione con il sistema internazionaleModifica

La precedente definizione della mole, unità fondamentale del SI, accettata dalla CGPM nel 1971 è:

  1. La mole (simbolo mol) è la quantità di sostanza di un sistema che contiene tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0,012 chilogrammi di carbonio-12.
  2. Quando si usa la mole, le entità elementari devono essere specificate e possono essere atomi, molecole, ioni, elettroni e altre particelle o gruppi specifici di tali particelle.

Tuttavia, la prima parte di questa definizione è cambiata il 20 maggio 2019:

La mole, simbolo mol, è l'unità del SI della quantità di sostanza. Una mole contiene esattamente 6,02214076×1023 entità elementari. Questo numero è pari al numero di Avogadro, NA, espresso nell'unità mol−1.[4][5]

Una conseguenza di questo cambio è che la relazione attualmente definita tra la massa dell'atomo 12C, il dalton, il chilogrammo e il numero di Avogadro non sarà più valida. Deve cambiare una delle seguenti;

  • La massa dell'atomo 12C è esattamente 12 dalton.
  • Il numero di dalton in un grammo è esattamente il valore del numero di Avogadro (ovvero, 1 g/Da = 1 mol ⋅ NA).

La formulazione della nona Brochure del SI[6][N 1] implica che la prima affermazione rimane valida, il che significa che la seconda non è più vera. La costante di massa molare non è più esattamente uguale a 1 g/mol, sebbene questo valore sia ancora un'ottima approssimazione. Dato che l'unità di massa atomica unificata è un dodicesimo della massa di un atomo del carbonio-12, ovvero la massa di tale atomo è 12 u, segue che ci sono circa NA atomi di carbonio-12 in 0.012 kg di carbonio-12. Ciò si può esprimere matematicamente:

12 Da × NA ≈ 0.012 kg/mol, oppure
1 Da × NA ≈ 0.001 kg/mol.

NoteModifica

  1. ^ IUPAC Gold Book, "unified atomic mass unit"
  2. ^ Fundamental Physical Constants, in The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty, NIST, 2010.
  3. ^ (EN) Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (PDF), su iupac.org.
  4. ^ CIPM Report of 106th Meeting, su bipm.org (archiviato dall'url originale il 27 gennaio 2018).
  5. ^ Redefining the Mole, NIST, 23 ottobre 2018. URL consultato il 24 ottobre 2018.
  6. ^ 9th edition of the SI Brochure, BIPM, 2019. URL consultato il 20 maggio 2019.
  1. ^ In una nota a pié di pagina nella Table 8 riguardante le unità non-SI, si afferma:
    (EN)

    «The dalton (Da) and the unified atomic mass unit (u) are alternative names (and symbols) for the same unit, equal to 1/12 of the mass of a free carbon 12 atom, at rest and in its ground state.»

    (IT)

    «Il dalton (Da) e l'unità di massa atomica unificata (u) sono nomi (e simboli) alternativi per la stessa unità, pari a 1/12 della massa di un atomo libero di carbonio-12, in quiete e nello stato fondamentale.»


BibliografiaModifica

  • (EN) AA. VV., Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry - the IUPAC Green Book, 3ª ed., Cambridge, RSC Publishing, 2007, ISBN 0-85404-433-7.

Voci correlateModifica

Collegamenti esterniModifica