Hmotnost atomů a molekul
Pokud tě zajímá, kolik máš doma talířů, není nic jednoduššího, než je dát všechny na sebe a po jednom spočítat. Tento postup však není vždycky vhodný pro zjištění počtu věcí určitého typu. Představ si například, že by se písek prodával po zrníčkách místo po kilogramech. Pak bys musel přesně spočítat, kolik zrnek písku si chceš objednat do svého nového akvária. Stejně tak i chemici běžně nepočítají množství jednotlivých atomů v prováděných chemických reakcích. Místo toho se zabývají hmotností jednotlivých atomů a molekul, které pak využívají ke stanovení hmotnosti většího počtu atomů a molekul.
Jeden atom nuklidu $${}^{1}\rm H$$ má hmotnost asi
$$0{,}000\,000\,000\,000\,000\,000\,000\,000\,001\,673\;\text{kg}$$.
Počítat s takto malými čísly by bylo velmi nepraktické a nepohodlné. Proto se vědci rozhodli celou záležitost s vyjadřováním hmotnosti atomů a potažmo molekul zjednodušit zavedením atomové hmotnostní konstanty, kterou značíme $$m{\rm##s_u}$$.
Atomová hmotnostní konstanta
Atomová hmotnostní konstanta byla v průběhu historie definována více způsoby, nicméně od roku 1961 se k jejímu vyjádření používá nejvíce zastoupený izotop uhlíku $${}^{12}\rm C$$. Hmotnosti jeho atomu je přiřazeno přesně $$12$$ atomových hmotnostních jednotek. Proto atomová hmotnostní konstanta $$m{\rm##s_u}$$ je rovna právě $$\frac{1}{12}$$ skutečné hmotnosti atomu nuklidu $${}^{12}\rm C$$, tedy jedné atomové hmotnostní jednotce ($$\rm##su$$).
§§m{\rm##s_u}=##s\frac{m({}^{12}\rm##sC)}{12}=1{,}660\,54\cdot##s10^{-27}\,\rm##skg=1\,\rm##su§§
Jak už jsme ale dříve naznačili, skutečné hmotnosti atomů nejsou příliš praktické. Proto se běžně budeme setkávat spíše s relativními hmotnostmi, tedy relativní atomovou hmotností $$A##s\rm_r$$ a relativní molekulovou hmotností $$M\rm_r$$. Tyto veličiny budou představovat poměr hmotností mezi atomem (či molekulou) a atomovou hmotnostní konstantou.
Poznámka
Na zavedení atomové hmotnostní konstanty se můžeme podívat i z jiného úhlu pohledu. Opět si vezmeme nejčastější izotop uhlíku $${}^{12}\rm##sC$$. Jak jistě víš, většina hmotnosti atomu se nachází v jádře a je představována protony a neutrony (jejich hmotnost se liší jen minimálně, proto ji teď budeme považovat za totožnou). Zmíněný izotop uhlíku má v jádře právě 6 protonů a 6 neutronů, celkem tedy 12 stejně těžkých částic. Proto tento izotop představuje 12 jednotek. Jedna jednotka pak odpovídá přibližně hmotnosti protonu – $$1{,}67252\cdot##s10^{-27}\,\rm##s##skg$$. Číselná odlišnost od skutečné hodnoty $$m\rm_u$$ je dána zaokrouhlením hmotnosti neutronu a jadernými silami, které drží jádro pohromadě. Zároveň můžeme hodnotu protonu a $$m\rm_u$$ srovnat se skutečnou hmotností izotopu $${}^{1}\rm##sH$$.
Atomová hmotnostní jednotka se v češtině označuje jako $$\rm##su$$, v zahraniční (převážně anglické) literatuře se zkracuje a značí amu (atomic mass unit).
Pořád ti není úplně jasné, k čemu je vhodná atomová hmotnostní konstanta?
Představ si balíček rýže. Je více způsobů jak zjistit množství rýže v balíčku, pokud nemáš zrovna po ruce váhy. Například můžeš zrníčka po jednom přepočítat, to by ale bylo docela pracné. Proto si vezmeš na pomoc lžičku – jedna zarovnaná lžička rýže bude tvoje jednotka. Potom celý balíček rýže docela snadno odměříš po lžičkách a zjistíš, že máš například 30,5 lžiček rýže. Chemik při počítání relativní hmotnosti atomů nepoužije lžičku, ale právě atomovou hmotnostní konstantu.
Nejmenší animovaný film na světě: Chlapec a jeho atom