¿Son 12 amu para Carbon-12 exactos o redondeados?

Dive 07/26/2017. 2 answers, 128 views
mass definition physical-chemistry metrology

Estoy teniendo dificultades para entender cómo el carbono 12 tiene una masa atómica de 12. Cada protón y neutrón tiene una masa atómica ligeramente superior a 1 amu, por lo que ¿el carbono 12 tampoco estaría por encima de 12? Neutrón = 1.0034 amu Protón = 1.0073 amu Carbono-12 = 6 protones y 6 neutrones. AMU de 6 protones (6.0438amu) y 6 neutrones (6.0204amu) = 12.0642amu Entiendo el peso atómico, que es el promedio de la masa de isótopos en la tierra. Pero no entiendo cómo Carbon-12 = 12 amu, a menos que se redondee a un número entero por motivos de simplicidad. ¡Si alguien pudiera arrojar algo de luz sobre esto, estaría muy agradecido!

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Martin Beckett 07/26/2017.

Carbon12 tiene 12 amu unified por definición (ver el comentario de David a continuación).

Las masas que cites para protones y neutrones libres no son las mismas que su masa cuando se unen en un núcleo. La energía de enlace de C12 es alrededor de 92MeV, lo que representa la falta de 0.064amu en su ejemplo.

5 comments
1 David Hammen 07/26/2017
Re "Carbon12 es 12 amu por definición": Eso debería ser "La masa de un átomo de $ ^ {12} C $ en estado de reposo es exactamente 12 unidades unificadas de masa atómica, por definición (actualmente)". Siendo un poco pedante, amu se refiere al antiguo $ ^ {16} O $ estándar. Es mejor ser preciso y usar ya sea unidades de masa atómicas unificadas o Daltons, o sus abreviaturas u o Da. En relación con "actualmente": esto puede cambiar con la redefinición propuesta del SI.
Dive 07/26/2017
Martin Becket, gracias por tu respuesta. Entonces, ¿qué estás diciendo es que cuando los protones y neutrones se combinan juntos pierden 0.064amu? Si interpreto tu respuesta correctamente, ¿adónde va esta masa?
Dive 07/26/2017
David Hammen, al leer tu respuesta sobre Daltons me ayuda a entender, creo. Daltons son esencialmente equivalentes a la cantidad de protones y / o neutrones? Cada partícula equivale a 1 dalton. Mientras que el amu en otras situaciones (el amu de un solo protón es 1.0073amu) es una unidad algo diferente, perteneciente más a la masa que a la cantidad? Espero no ser completamente ignorante, soy nuevo en los estudios de Química y soy autodidacta antes del comienzo del semestre. ¡Gracias por su ayuda a todos!
Martin Beckett 07/26/2017
@Dive la masa extra va a la energía (e = mc ^ 2). Dalton y amu son (esencialmente) la masa promedio de un protón + neutrón. Un Dalton o amu unificado es 1/12 de la masa de un núcleo C12. En química, se daría la masa de una molécula en Daltons; en física, se complica un poco porque la masa de una partícula depende de su estado; normalmente no se declararía la masa de un protón o neutrón en Daltons.
Dive 07/26/2017
Ya veo. Entonces mi pregunta fue llegar a la física que se desvía de la definición química de amu, ¿correcto? Para asegurar mi comprensión, un ejemplo; O18 tendría un amu de 18, ¿correcto? Y I127 tiene un amu de 127. ¿Sí?

Noiralef 07/28/2017.

Al leer sus comentarios a la otra respuesta, siento que algo debe aclararse aquí.

En un núcleo atómico, una cantidad de protones y neutrones se encuentran en un estado ligado, como un electrón y un protón en un átomo de hidrógeno. Tal estado de partículas unido tiene una binding energy . Imagine que comienza con todas las partes del núcleo (los partones) infinitamente separadas, en este punto su energía potencial es cero. Si los mueves juntos, una vez que estén lo suficientemente cerca como para sentir la fuerza nuclear fuerte, se atraerán entre sí / "caerán en un pozo potencial". La energía potencial que están perdiendo durante este proceso es la energía de enlace $ E_b $.

Ahora, la energía total del sistema es $$ E = \ sum _ {\ text {parton} k} m_k \, c ^ 2 - E_b. $$ Esta es la energía del estado ligado, el núcleo, at rest y, por lo tanto, corresponde a su masa en reposo: $$ M = E / c ^ 2 = \ sum_k m_k - \ frac {E_b} {c ^ 2}. $$ Puedes ver que hay un mass deficit : la masa del núcleo es más pequeña que la suma de las masas de sus componentes.

Es muy difícil calcular el déficit de masa de un núcleo; de hecho, este es un problema de muchos cuerpos que no puede resolverse analíticamente. Puede interesarle la fórmula de masa semiempírica de Bethe y Weizsäcker o en este diagrama de energía de enlace por núcleo para varios isótopos.

Finalmente, C12 tiene 6 pares de protones y neutrones, O16 tiene 8 pares, pero la masa de O16 no es exactamente 8/6 veces la masa de C12, pero de nuevo un poco menos. Ahora, uno u se define simplemente como 1/12 de la masa de un átomo de C12, por lo tanto, todos los núcleos más pequeños tienden a tener masas ligeramente "demasiado altas" y todos los núcleos más grandes tienden a tener masas "demasiado pequeñas".

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Dive 07/28/2017
Guau, fascinante! Me entusiasma tanto avanzar en mis estudios de química y realmente poder conectar toda esta información. Veo que tengo mucho que aprender y estoy encantado con esto. ¡Muchas gracias por esta aclaración! Hay muchas variables en consideración relacionadas con mi pregunta que están más allá de mi capacidad actual de comprensión ... por ahora. Gracias de nuevo, realmente aprecio esto!

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