Wie wiegen Sie ein Atom?


Stellen Sie sich vor, ein Atom nach unten plumpsen, auf einer Skala. Wie Sie dies tun, Abblättern Hautzellen, die Billionen von Atome dick sind Ihre Hand und flattern nach unten rundherum in einem Haufen von atomaren Doppelgänger zu begraben. Inzwischen schießen über Feuchtigkeit und atmosphärischer Partikel, Prellen ein- und Ausschalten der Skala und senden ihre Atom-Sensitive Nadel peitscht hin und her wie einen Scheibenwischer. Und übrigens, wie hast du es geschafft, ein einzelnes Atom in erster Linie zu isolieren?

Einen Moment nachdenken zeigt, dass Sie ein Atom im traditionellen Stil wiegen können nicht.

Stattdessen tun Physiker mit einem Instrument namens ein Massenspektrometer. Erfunden im Jahre 1912 von dem Physiker j.j. Thomson und schrittweise in den letzten Jahren verbessert, es funktioniert wie folgt: zunächst Physiker "ionisieren" eine Gas von Atomen durch Brennen einen Strahl von Teilchen auf das Gas, die Elektronen der Atome darin fügt oder klopft ein paar ihrer Elektronen ab, abhängig von der Art der Teilchenstrahl verwendet. Dadurch werden die Atome — jetzt bekannt als "Ionen" — eine Netto negative oder positive elektrische Ladung.

Als nächstes werden die Ionen durch ein Rohr gesendet, in denen sie zu elektrischen und magnetischen Feldern ausgesetzt sind. Diese beiden Felder üben eine Kraft auf die Ionen, und die Stärken der beiden Kräfte sind proportional zu den Ionen kostenlos (neutrale Atome nicht die Kräfte fühlen). Die elektrische Kraft, die bewirkt, dass die Ionen, Geschwindigkeit, zu ändern, während die magnetische Kraft ihren Weg biegt.

Die Ionen werden dann durch "Faraday-Becher" am Ende des Rohres, erzeugt einen Strom in Drähten befestigt, die Tassen gesammelt. Durch die Messung wo und wenn der Stream von Ionen Treffern die Faraday-Becher, die Physiker feststellen kann, wieviel sie beschleunigt haben müssen und in welche Richtung, durch die elektrische und magnetische Kräfte. Zu guter Letzt durch Newtons zweites Gesetz der Bewegung, F = Ma, neu geordnet, als m = F / a, der Physiker teilen die Gesamtkraft, die auf die Ionen durch die resultierende Beschleunigung der Ionen Masse bestimmen.

Die Masse des Elektrons wurde auch mit einem Massenspektrometer bestimmt – in diesem Fall Elektronen wurden einfach geschickt durch das Instrument selbst. Diese Messung ermöglicht Physiker, wann es die richtige Anzahl von Elektronen, anstatt ein Mangel oder Überschuss von ihnen hat die Masse eines Atoms.

Mit einem Massenspektrometer, Physiker haben festgestellt, die Masse eines Wasserstoffatoms zu 1.660538921 (73) × 10−27 Kilogramm, wo die eingeklammerten Ziffern sind nicht mit absoluter Sicherheit bekannt. Das ist genau genug für die meisten Zwecke.

Ye Olde Masse

Was ist mit vor den Tagen von Massenspektrometern, als Chemiker auch unscharf, über welche ein Atom waren war? Dann haben sie in erster Linie gemessen die Gewichte der Atome, die verschiedenen Elemente in Bezug auf ihre relative Massen, anstatt ihre tatsächlichen Massen komponiert. Im Jahre 1811 der italienische Wissenschaftler Amedeo Avogadro erkannte, dass das Volumen eines Gases (bei einem bestimmten Druck und Temperatur) proportional zur Anzahl der Atome ist oder Moleküle, die es zu komponieren, unabhängig davon, welches Gas es war. Diese nützliche Tatsache erlaubt Chemikern, vergleichen Sie die relativen Gewichte der gleiche Volumina verschiedener Gase, die relativen Massen der Atome komponieren bestimmen.

Sie Atomgewicht in Bezug auf Atomic Mass Units (u) gemessen, wobei 1 u entsprach einem Zwölftel der Masse eines Atoms des Kohlenstoff-12. Wenn in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts, Chemiker anderweitig verwendet, um die Anzahl der Atome in einem bestimmten Volumen des Gases annähern – das berühmte konstante bekannt als Avogadro die Zahl – sie begann mit der Produktion von groben Schätzungen der Masse eines einzelnen Atoms durch wiegen das gesamte Gasvolumen, und dividiert durch die Anzahl.

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