परमाणु भार



परमाणु द्रव्यमान ('एमa या एम) परमाणु का द्रव्यमान है। चूंकि द्रव्यमान की एसआई इकाई किलोग्राम (इकाई) (प्रतीक: किग्रा) है,और परमाणु द्रव्यमान को अधिकांशतः गैर-एसआई इकाई डाल्टन (इकाई) (प्रतीक: दा) - समकक्ष, एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई (यू) में व्यक्त किया जाता है। 1 दा को इस रूप में परिभाषित किया गया है $1/4300$ मुक्त कार्बन-12 -12 परमाणु के द्रव्यमान का इसकी जमीनी अवस्था में आराम। परमाणु नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन परमाणुओं के कुल द्रव्यमान के लगभग सभी के लिए खाते हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉनों और परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा में मामूली योगदान होता है। इस प्रकार, परमाणु द्रव्यमान का सांख्यिक मान जब डाल्टन में व्यक्त किया जाता है, तो द्रव्यमान संख्या के लगभग समान मान होता है। किलोग्राम में द्रव्यमान और डाल्टन में द्रव्यमान के बीच रूपांतरण परमाणु द्रव्यमान स्थिरांक का उपयोग करके किया जा सकता है $$m_{\rm{u}}= {{m({\rm{^{12}C}})} \over {12}} = 1\ \rm {Da}$$.

रूपांतरण के लिए प्रयुक्त सूत्र है:
 * $$1\ {\rm{Da}}= m_{\rm{u}}={M_{\rm{u}} \over {N_{\rm A}}}={M(^{12}C) \over {12\ N_{\rm A}}} = 1.660\ 539\ 066\ 60(50)\times 10^{-27}\ \mathrm{kg} ,$$

कहाँ $$M_{\rm u}$$ दाढ़ द्रव्यमान स्थिर है, $$N_{\rm A}$$ अवोगाद्रो नियतांक है, और $$M(^{12}\mathrm{C})$$ कार्बन-12 का प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित मोलर द्रव्यमान है। आपेक्षिक समस्थानिक द्रव्यमान (नीचे अनुभाग देखें) परमाणु द्रव्यमान m को विभाजित करके प्राप्त किया जा सकता हैa परमाणु द्रव्यमान स्थिरांक m द्वारा समस्थानिक काu आयाम रहित संख्या उत्पन्न करना। इस प्रकार, कार्बन-12 परमाणु का परमाणु द्रव्यमान है $1/12$ परिभाषा के अनुसार, किन्तु कार्बन -12 परमाणु का सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान केवल 12 है। अणु में सभी परमाणुओं के सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान का योग सापेक्ष आणविक द्रव्यमान होता है।

एक समस्थानिक का परमाणु द्रव्यमान और सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान तत्व के निश्चित विशिष्ट समस्थानिक को संदर्भित करता है। क्योंकि पदार्थ सामान्यतः विधियाँ समस्थानिक रूप से शुद्ध नहीं होते हैं, तात्विक परमाणु द्रव्यमान का उपयोग करना सुविधाजनक होता है, जो किसी तत्व का औसत (औसत) परमाणु द्रव्यमान होता है, जो समस्थानिकों की प्रचुरता से भारित होता है। आयाम रहित मानक परमाणु भार | (मानक) परमाणु भार समस्थानिकों के मिश्रण (विशिष्ट स्वाभाविक रूप से होने वाले) का भारित औसत सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान है।

परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा#द्रव्यमान दोष (प्रति $E = mc^{2}$).

सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान
सापेक्ष आइसोटोपिक द्रव्यमान (एक परमाणु का गुण) को औसत मात्रा परमाणु भार (ऊपर देखें) के साथ भ्रमित नहीं होना है, जो कि रासायनिक तत्व के दिए गए नमूने में कई परमाणुओं के मूल्यों का औसत है।

जबकि परमाणु द्रव्यमान पूर्ण द्रव्यमान है, सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान आयामहीन संख्या है जिसमें कोई इकाई नहीं है। कार्बन -12 मानक के संबंध में स्केलिंग अनुपात के उपयोग से इकाइयों का यह नुकसान होता है, और शब्द सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान में सापेक्ष शब्द कार्बन -12 के इस स्केलिंग सापेक्ष को संदर्भित करता है।

सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान, तब, दिए गए आइसोटोप का द्रव्यमान होता है (विशेष रूप से, कोई एकल न्यूक्लाइड), जब यह मान कार्बन -12 के द्रव्यमान द्वारा बढ़ाया जाता है, जहां बाद वाले को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है। समतुल्य रूप से, समस्थानिक या न्यूक्लाइड का सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान कार्बन -12 परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 के सापेक्ष समस्थानिक का द्रव्यमान है।

उदाहरण के लिए, कार्बन-12 परमाणु का आपेक्षिक समस्थानिक द्रव्यमान ठीक 12 है। तुलना के लिए, कार्बन-12 परमाणु का परमाणु द्रव्यमान ठीक 12 डाल्टन (यूनिट) है। वैकल्पिक रूप से, कार्बन-12 परमाणु के परमाणु द्रव्यमान को किसी अन्य द्रव्यमान इकाई में व्यक्त किया जा सकता है: उदाहरण के लिए, कार्बन-12 परमाणु का परमाणु द्रव्यमान है $12 Da$.

जैसा कि डाल्टन (यूनिट) एस में व्यक्त किए जाने पर संबंधित परमाणु द्रव्यमान के स्थितियों में होता है, कार्बन -12 के अतिरिक्त अन्य न्यूक्लाइड के सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान संख्या पूरी संख्या नहीं होती है, किन्तु हमेशा पूरी संख्या के करीब होती है। यह पूरी तरह से नीचे चर्चा की गई है।

विभिन्न राशियों के लिए समान शब्द
परमाणु द्रव्यमान या सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान कभी-कभी भ्रमित होते हैं, या गलत तरीके से उपयोग किए जाते हैं, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान (परमाणु भार के रूप में भी जाना जाता है) या मानक परमाणु भार (परमाणु भार की विशेष किस्म, इस अर्थ में कि यह मानकीकृत है) के समानार्थक शब्द हैं। चूंकि, जैसा कि परिचय में बताया गया है, परमाणु द्रव्यमान निरपेक्ष द्रव्यमान है जबकि अन्य सभी शब्द आयाम रहित होते हैं। सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान और मानक परमाणु भार तात्विक नमूनों में सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के (बहुतायत-भारित) औसत के लिए शब्दों का प्रतिनिधित्व करते हैं, एकल न्यूक्लाइड के लिए नहीं होते हैं। जैसे, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान और मानक परमाणु भार अधिकांशतः सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान से संख्यात्मक रूप से भिन्न होते हैं।

परमाणु द्रव्यमान (सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान) को परमाणु के द्रव्यमान के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो एक समय में केवल एक आइसोटोप (न्यूक्लाइड) हो सकता है, और एक बहुतायत-भारित औसत नहीं होते है, जैसा कि सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान/परमाणु के स्थितियों में वज़न होता है। इसलिए,एक रासायनिक तत्व के प्रत्येक आइसोटोप और न्यूक्लाइड का परमाणु द्रव्यमान या सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान की एक संख्या होती है जिसे सिद्धांतिक रूप में उच्च परिशुद्धता के लिए मापा जा सकता है, क्योंकि इस तरह के न्यूक्लाइड के प्रत्येक नमूने के हर दूसरे नमूने के समान होने की उम्मीद होती है, जैसा कि एक ही ऊर्जा अवस्था में दिए गए प्रकार के सभी परमाणु, और विशेष न्यूक्लाइड के प्रत्येक नमूने से, उस न्यूक्लाइड के हर दूसरे नमूने के द्रव्यमान में बिल्कुल समान होने की उम्मीद की जाती है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन -16 के प्रत्येक परमाणु में ऑक्सीजन -16 के हर दूसरे परमाणु के समान परमाणु द्रव्यमान (सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान) होने की उम्मीद होती है।

कई तत्वों की स्थितियों में जिनमें स्वाभाविक रूप से होने वाला आइसोटोप (मोनोन्यूक्लिडिक तत्व) या प्रमुख आइसोटोप होता है, सबसे सामान्य आइसोटोप के परमाणु द्रव्यमान और (मानक) सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान या (मानक) परमाणु भार के बीच का अंतर छोटा या शून्य भी हो सकता है, और अधिकांश थोक गणनाओं को प्रभावित नहीं करता है। चूंकि, ऐसी त्रुटि सम्मलित हो सकती है और यहां तक ​​​​कि महत्वपूर्ण हो भी सकती है जब तत्वों के लिए अलग-अलग परमाणुओं पर विचार किया जाता है जो मोनोन्यूक्लिडिक नहीं होते हैं।

गैर-मोनोन्यूक्लिडिक तत्वों के लिए जिनमें एक से अधिक सामान्य आइसोटोप समस्थानिक होते हैं,और सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान (परमाणु भार) में संख्यात्मक अंतर यहां तक ​​कि सबसे सामान्य सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान से आधा द्रव्यमान इकाई या अधिक हो सकता है (उदाहरण के लिए क्लोरीन की स्थितियों को देखने पर जहां परमाणु भार और मानक परमाणु भार लगभग 35.45 हैं)। एक असामान्य समस्थानिक का परमाणु द्रव्यमान (सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान) कई द्रव्यमान इकाइयों द्वारा सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के, परमाणु भार या मानक परमाणु भार से भिन्न हो सकता है।

सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान हमेशा पूर्ण-संख्या के मूल्यों के करीब होते हैं, किन्तु कभी नहीं (कार्बन -12 के स्थितियों को छोड़कर) बिल्कुल पूर्ण संख्या, दो कारणों से:


 * प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का अलग-अलग द्रव्यमान होता है, और अलग-अलग न्यूक्लाइड में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के अलग-अलग अनुपात होते हैं।
 * परमाणु भार के द्रव्यमान अलग-अलग सीमा तक उनकी बाध्यकारी ऊर्जा द्वारा कम हो जाते हैं।

परमाणु द्रव्यमान से द्रव्यमान संख्या (न्यूक्लिऑन की संख्या) का अनुपात 56Fe के लिए $0 kg$ से 1H के लिए $0.999$ तक भिन्न होता है।

परमाणु बाध्यकारी ऊर्जा के कारण कोई द्रव्यमान दोष प्रयोगात्मक रूप से मुक्त नाभिकों की समान संख्या के द्रव्यमान का छोटा अंश (1% से कम) होता है। जब कार्बन-12 में प्रति न्यूक्लिऑन के औसत द्रव्यमान की तुलना की जाती है, जो अन्य परमाणुओं की तुलना में मध्यम दृढ़ता से बाध्य होता है, तो अधिकांश परमाणुओं के लिए बंधन का द्रव्यमान दोष डाल्टन (कार्बन-12 पर आधारित एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई) का एक छोटा अंश होता है। चूँकि मुक्त प्रोटॉन और न्यूट्रॉन एक दूसरे से द्रव्यमान में डाल्टन के एक छोटे से अंश ($1.008$) से भिन्न होते हैं, सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान, या डाल्टन में दिए गए किसी भी न्यूक्लाइड के परमाणु द्रव्यमान को गोल करते हुए निकटतम पूर्ण संख्या के लिए, हमेशा न्यूक्लिऑन संख्या, या द्रव्यमान संख्या देता है। इसके अतिरिक्त, न्यूट्रॉन गणना (न्यूट्रॉन संख्या) द्रव्यमान संख्या (न्यूक्लियॉन गिनती) से प्रोटॉन (परमाणु संख्या) की संख्या घटाकर प्राप्त की जा सकती है।

परमाणु द्रव्यमान में द्रव्यमान दोष
परमाणु द्रव्यमान और द्रव्यमान संख्या के अनुपात में 1 से विचलन की मात्रा इस प्रकार है: विचलन हाइड्रोजन -1 पर धनात्मक प्रारंभ होता है, तब तक घटता है जब तक कि यह हीलियम -4 पर स्थानीय न्यूनतम तक नहीं पहुंच जाता है। लिथियम, बेरिलियम और बोरॉन के समस्थानिक हीलियम की तुलना में कम मजबूती से बंधे होते हैं, जैसा कि उनके बढ़ते द्रव्यमान-से-द्रव्यमान संख्या अनुपात द्वारा दिखाया गया है।

4 वह ट्रिटियम (3H) या 3He के साथ फ्यूज कर सकता है; ये प्रक्रियाएं बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस के दौरान हुईं। सात से अधिक न्यूक्लिऑन वाले तत्वों के निर्माण के लिए ट्रिपल अल्फा प्रक्रिया में 4He के तीन परमाणुओं के संलयन की आवश्यकता होती है, कार्बन -12 का उत्पादन करने के लिए लिथियम, बेरिलियम और बोरॉन को छोड़कर।

कार्बन पर, द्रव्यमान (डाल्टों में) से द्रव्यमान संख्या के अनुपात को 1 के रूप में परिभाषित किया जाता है, और कार्बन के बाद यह एक से कम हो जाता है जब तक कि लोहे -56 पर न्यूनतम नहीं पहुंच जाता (आयरन -58 और निकल -62 के लिए केवल थोड़ा अधिक मूल्य के साथ) )है, फिर परमाणु संख्या बढ़ने के साथ, भारी समस्थानिकों में धनात्मक मानों तक बढ़ जाता है। यह इस तथ्य से मेल खाता है कि zirconium से भारी तत्व में परमाणु विखंडन से ऊर्जा उत्पन्न होती है, और नाइओबियम से हल्के किसी भी तत्व में विखंडन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, स्कैंडियम (हीलियम को छोड़कर) से हल्के तत्व के दो परमाणुओं के नाभिकीय संलयन से ऊर्जा उत्पन्न होती है, जबकि कैल्शियम से भारी तत्वों में संलयन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। 4बेरिलियम-8 देने वाले 4He के दो परमाणुओं का संलयन 4बेरिलियम-8 प्राप्त करने के लिए उसे ऊर्जा की आवश्यकता होगी, और बेरिलियम जल्दी से फिर से अलग हो जाएगा। 4वह ट्रिटियम (3एच) या 3He के साथ फ्यूज कर सकता है वह; ये प्रक्रियाएं बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस के समय हुआ करती है। सात से अधिक न्यूक्लिऑन वाले तत्वों के निर्माण के लिए ट्रिपल अल्फा प्रक्रिया में 4He तीन परमाणुओं के संलयन की आवश्यकता होती है, कार्बन-12 का उत्पादन करने के लिए लिथियम, बेरिलियम और बोरॉन को छोड़ देता है।

यहाँ द्रव्यमान संख्या से परमाणु द्रव्यमान के अनुपात के कुछ मान दिए गए हैं:

परमाणु द्रव्यमान का मापन
मास स्पेक्ट्रोमेट्री के साथ परमाणुओं के द्रव्यमान की प्रत्यक्ष तुलना और माप प्राप्त की जाती है।

परमाणु और आणविक द्रव्यमान के बीच संबंध
समान परिभाषाएँ अणुओं पर लागू होती हैं। एक यौगिक के आणविक द्रव्यमान की गणना उसके घटक परमाणुओं के परमाणु द्रव्यमान (मानक परमाणु भार नहीं) को जोड़कर की जा सकती है। इसके विपरीत, दाढ़ द्रव्यमान की गणना विधियों के मानक परमाणु भार (परमाणु या न्यूक्लाइड द्रव्यमान नहीं) से की जाती है। इस प्रकार, आणविक द्रव्यमान और दाढ़ द्रव्यमान संख्यात्मक मान में थोड़ा भिन्न होते हैं और यह विभिन्न अवधारणाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। आणविक द्रव्यमान एक अणु का द्रव्यमान होता है, जो इसके घटक परमाणु द्रव्यमान का योग होता है। दाढ़ द्रव्यमान रासायनिक रूप से शुद्ध किन्तु समस्थानिक रूप से विषम पहनावे में घटक अणुओं के द्रव्यमान का औसत होता है। दोनों ही स्थितियों में, परमाणुओं की बहुलता (जितनी बार होती है) को ध्यान में रखा जाना चाहिए, विधियाँ प्रत्येक अद्वितीय द्रव्यमान को उसकी बहुलता से गुणा करती है।

इतिहास
1803 और 1805 के बीच जॉन डाल्टन और थॉमस थॉमसन (केमिस्ट) और 1808 और 1826 के बीच जॉन्स जैकब बेर्ज़ेलियस सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान निर्धारित करने वाले पहले वैज्ञानिक थे। सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान (परमाणु भार) मूल रूप से सबसे हल्के तत्व, हाइड्रोजन, के सापेक्ष परिभाषित किया गया था। जिसे 1.00 के रूप में लिया गया था, और 1820 के दशक में, प्राउट की परिकल्पना ने कहा कि सभी तत्वों के परमाणु द्रव्यमान हाइड्रोजन के सही गुणक सिद्ध होंगे। चूंकि, बर्ज़ेलियस ने जल्द ही सिद्ध कर दिया कि यह लगभग सच भी नहीं था, और कुछ तत्वों के लिए, जैसे कि क्लोरीन, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान, लगभग 35.5 पर, हाइड्रोजन के दो अभिन्न गुणकों के बीच लगभग आधे रास्ते में गिर जाता है। अभी भी बाद में, यह अधिक हद तक समस्थानिकों के मिश्रण के कारण दिखाया गया था, और यह कि शुद्ध समस्थानिकों, या न्यूक्लाइड्स के परमाणु द्रव्यमान, हाइड्रोजन द्रव्यमान के लगभग 1% के भीतर गुणक होता हैं।

1860 के दशक में, स्टैनिस्लास कैनिजारो ने अवोगाद्रो के कानून (विशेष रूप से 1860 के कार्लज़ूए कांग्रेस में) को लागू करके सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान को परिष्कृत किया। उन्होंने तत्वों के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए कानून तैयार किया: विभिन्न अणुओं में निहित ही तत्व की विभिन्न मात्राएँ परमाणु भार के सभी गुणक हैं और गैसों के संग्रह के वाष्प घनत्व की तुलना करके सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान और आणविक द्रव्यमान निर्धारित करते हैं। प्रश्न में या अधिक रासायनिक तत्व वाले अणु। 20वीं शताब्दी में, 1960 के दशक तक, रसायनशास्त्रियों और भौतिकविदों ने दो अलग-अलग परमाणु-द्रव्यमान पैमानों का उपयोग किया जाता है। रसायनज्ञों ने "परमाणु द्रव्यमान इकाई" (एएमयू) पैमाने का उपयोग किया जैसे कि ऑक्सीजन समस्थानिकों के प्राकृतिक मिश्रण का परमाणु द्रव्यमान 16 था, जबकि भौतिकविदों ने समान संख्या 16 को केवल सबसे आम ऑक्सीजन समस्थानिक के परमाणु द्रव्यमान को सौंपा (16O, जिसमें आठ प्रोटॉन और आठ न्यूट्रॉन हैं)। चूंकि, क्योंकि ऑक्सीजन -17 और ऑक्सीजन -18 भी प्राकृतिक ऑक्सीजन में सम्मलित होते हैं, इससे परमाणु द्रव्यमान की दो अलग-अलग तालिकाएँ बन जाती है। कार्बन-12 पर आधारित एकीकृत पैमाना, 12सी, रसायनज्ञों के पैमाने के संख्यात्मक रूप से करीब होते हुए, भौतिकविदों को शुद्ध आइसोटोप पर पैमाने को आधार बनाने की आवश्यकता को पूरा करता है। इसे 'एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई' के रूप में अपनाया गया था। इकाइयों की वर्तमान अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई) इस इकाई के नाम के लिए प्राथमिक सिफारिश डाल्टन (इकाई) और प्रतीक 'दा' है। नाम 'एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई' और प्रतीक 'यू' ही इकाई के लिए मान्यता प्राप्त नाम और प्रतीक हैं। अधिकांश वर्तमान उपयोग में परमाणु भार शब्द को धीरे-धीरे समाप्त किया जा रहा है और सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। नामकरण में यह बदलाव 1960 के दशक तक पहुँचता है और वैज्ञानिक समुदाय में बहुत बहस का स्रोत रहा है, जो एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई को अपनाने और इस अहसास से प्रारंभ हुआ था कि वजन कुछ मायनों में अनुचित शब्द था।"परमाणु भार" शब्द रखने का तर्क मुख्य रूप से था कि यह क्षेत्र में उन लोगों के लिए अच्छी तरह से समझा जाने वाला शब्द था, कि "परमाणु द्रव्यमान" शब्द पहले से ही उपयोग में होता था (जैसा कि यह वर्तमान में परिभाषित है) और "सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" शब्द आसानी से भ्रमित हो सकता है। सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान के साथ (किसी दिए गए न्यूक्लाइड के एकल परमाणु का द्रव्यमान, कार्बन -12 के द्रव्यमान के 1/12 के सापेक्ष विमाहीन रूप से व्यक्त किया गया; ऊपर अनुभाग देखें)।

1979 में, एक समझौते के रूप में, "सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" शब्द को परमाणु भार के द्वितीयक पर्याय के रूप में प्रस्तुत किया गया था। बीस साल बाद इन पर्यायवाची शब्दों की प्रधानता को उलट दिया गया था, और "सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान"  शब्द अब भी पसंदीदा शब्द है।

चूंकि, शब्द "मानक परमाणु भार" (अलग-अलग नमूनों की मानकीकृत अपेक्षा परमाणु भार का जिक्र करते हुए) को नहीं बदला गया है, क्योंकि "सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" के साथ "परमाणु भार" के साधारण प्रतिस्थापन के परिणामस्वरूप शब्द " मानक सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" होता है।

यह भी देखें

 * परमाणु संख्या
 * परमाण्विक भार इकाई
 * आइसोटोप
 * आइसोटोप जियोकेमिस्ट्री
 * मॉलिक्यूलर मास्स
 * जीन स्टास

बाहरी संबंध

 * NIST relative atomic masses of all isotopes and the standard atomic weights of the elements
 * AME2003 Atomic Mass Evaluation from the National Nuclear Data Center