원자질량단위(atomic mass unit)

https://www.youtube.com/watch?v=Th0ep5bwrFs

<원자질량단위 이해하기>

[u]는 질량의 단위다.

원자 질량 단위 u, amu, Da

원자는 질량을 가진다.

분자는 원자로 구성되어 있기에 분자도 질량을 가진다.

물질은 분자로 구성되어 있기에 어떠한 물질이던 질량을 가진다.

즉 우리가 보는 사물이 가지고 있는 질량은 물질을 구성하는 원자 질량의 합이라고 볼 수 있다.

 

우리에게 익숙한 질량의 단위는 kg이다. 원자 입장에서 볼때 kg은 너무 큰 단위이므로 

원자 단위에서 쓰는 질량 단위를 정했고 그것을 u,amu라고 한다.

1u의 질량의 \(6.022*10^{23}\)배를 1g이라고 한다.

 

\(1[u]\times 6.022\times 10^{23}=1[g]\)

(화학자 John Dalton의 업적을 기리기 위해 Da라는 단위를 쓰기도 한다.)

 (1u=1amu=1Da)

 

 

 

 

 

 

- u와 amu의 차이

공부를 하다보면 u라는 질량단위가 나오기도 amu라는 질량단위가 나오기도 한다. 이 단위들의 약자는

 

u            (Unified atomic mass unit)

amu        (atomic mass unit)

 

정의에서 살펴 볼 수 있듯 [u]는 국제적으로 통일된(unified) 공식적인 원자질량의 단위이며 ¹²C(탄소) 원자 하나의 질량을 12u라고 정한 것이다. 

[amu]라는 단위는 [u]라는 원자단위가 국제적으로 통일하기 이전 ¹⁶O 원자 한개의 질량을 16amu 라고 정한 원자질량의 단위이다.

고로 [u]가 공식적인 단위이지만 아직 많은 경우 [u]와 [amu]를 혼용하여 사용하고 있다.

1[u]=1[amu]라고 생각하면 된다.

 

-왜 하필이면 \(^{12}_6C\)(탄소원자)를 원자 질량의 기준으로 삼았을까?

1903년 독일의 화학자 Wilhelm Ostwald가 16O원자 1개의 질량을 16 amu로 정의했다.그런데 이후 1912년 동위원소(isotope)의 존재가 발견되면서 화학계에서는 혼란이 일어났다.16 [amu]는 순수 16O의 질량을 기준으로 정해진것이였지만 화학자들이 계산을 할때 자연에 존재하는 산소의 평균질량(17O, 18O 등 자연에 존재하는 16O의 동위원소의 질량을 고려한 질량, 16O 보다 약1.000282배 무겁다.)을 기준으로 사용했기 때문이다. 이런 오류를 최소화 하고자 ¹²C 원자 1개의 질량을 12[u]로 정의 하고 이를 12로 나눈 것을 1[u]라고 새로 정의한다.

$$1[u]=\frac{1}{12} \times ^{12}_{6}C$$

 

 

-12u 는 탄소 원자1개의 질량이다.

 

처음 이 원자 질량단위를 접하게 되는 경우 탄소원자 하나의 질량이 12u이고 양성자6개와 중성자6개가 모여있다는 사실때문에 양성자,중성자의 질량이 각각 1u인가하는 착각에 사로잡힐 수 있다. 다음 글에서 다루겠지만 양성자,중성자의 질량은 1[u]도 아니거니와 양성자,중성자의 질량을 먼저 정하고 탄소원자의 질량을 12u라고 한것이 아니라

탄소원자 하나의 질량이 먼저 12u로 정의 되었고 이를 기준으로 다른 질량(양성자,중성자...)이 측정 되었다.

 

 

 

-u와 g(gram)의 관계

 \(^{12}_6C\)(탄소)원자가 1mol개 모여 있는 경우 12g 이 된다.

 =12[u]의 질량을 가진 원자가 1mol개 모여있는 경우 12g의 질량이 측정된다.

 (1mol = Avogadro's number =6.022*10^23 )

$$1[u]=1[amu]$$
$$1[u]\times 1[mol]= 1[g]$$
$$1[u]\times 6.022\times 10^{23}=1[g]$$
$$1[u]=1.660539\times 10^{-24}[g]$$

 

 

 

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