Atomic mass
परमाणु द्रव्यमान (एम. ए. या एम.) एक परमाणु का द्रव्यमान है। यद्यपि द्रव्यमान की एस. आई. इकाई किलोग्राम (प्रतीकः कि. ग्रा.) है, परमाणु द्रव्यमान को अक्सर गैर-एस. आई. इकाई डाल्टन (प्रतीकः डी. ए.)-समतुल्य, एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई (यू.) में व्यक्त किया जाता है। 1 डा को एक मुक्त कार्बन-12 परमाणु के द्रव्यमान के रूप में परिभाषित किया गया है जो अपनी जमीनी स्थिति में आराम कर रहा है। नाभिक के प्रोटॉन और न्यूट्रॉन लगभग सभी परमाणुओं के कुल द्रव्यमान के लिए जिम्मेदार हैं, जिसमें इलेक्ट्रॉन और परमाणु बंधन ऊर्जा मामूली योगदान देते हैं। इस प्रकार, परमाणु द्रव्यमान का संख्यात्मक मान जब डाल्टन में व्यक्त किया जाता है तो इसका मूल्य द्रव्यमान संख्या के लगभग समान होता है। परमाणु द्रव्यमान स्थिरांक का उपयोग करके किलोग्राम में द्रव्यमान और डाल्टन में द्रव्यमान के बीच रूपांतरण किया जा सकता है। रूपांतरण के लिए उपयोग किया जाने वाला सूत्र हैः मोलर द्रव्यमान स्थिरांक कहाँ है, एवोगाड्रो स्थिरांक है, और कार्बन-12 का प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित मोलर द्रव्यमान है। सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान (नीचे खंड देखें) को एक समस्थानिक के परमाणु द्रव्यमान मा को परमाणु द्रव्यमान स्थिरांक म्यू द्वारा विभाजित करके प्राप्त किया जा सकता है जिससे एक आयामहीन मूल्य प्राप्त होता है। इस प्रकार, कार्बन-12 परमाणु का परमाणु द्रव्यमान परिभाषा के अनुसार है, लेकिन कार्बन-12 परमाणु का सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान केवल 12 है। एक अणु में सभी परमाणुओं के सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान का योग सापेक्ष आणविक द्रव्यमान है। एक समस्थानिक का परमाणु द्रव्यमान और सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान एक तत्व के एक निश्चित विशिष्ट समस्थानिक को संदर्भित करता है। चूँकि पदार्थ आमतौर पर समस्थानिक रूप से शुद्ध नहीं होते हैं, इसलिए मौलिक परमाणु द्रव्यमान का उपयोग करना सुविधाजनक है जो किसी तत्व का औसत (औसत) परमाणु द्रव्यमान है, जिसका भार समस्थानिकों की प्रचुरता से होता है। आयामहीन (मानक) परमाणु भार समस्थानिकों के एक (विशिष्ट प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले) मिश्रण का भारित औसत सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान है। परमाणुओं, आयनों या परमाणु नाभिक का परमाणु द्रव्यमान बंधन ऊर्जा द्रव्यमान हानि (प्रति) के कारण उनके घटक प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों के द्रव्यमान के योग से थोड़ा कम होता है। सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान (एकल परमाणु का एक गुण) को औसत मात्रा परमाणु भार (ऊपर देखें) के साथ भ्रमित नहीं किया जाना चाहिए, जो कि एक रासायनिक तत्व के दिए गए नमूने में कई परमाणुओं के लिए मूल्यों का औसत है। जबकि परमाणु द्रव्यमान एक निरपेक्ष द्रव्यमान है, सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान एक आयामहीन संख्या है जिसकी कोई इकाई नहीं है। इकाइयों का यह नुकसान कार्बन-12 मानक के संबंध में एक स्केलिंग अनुपात के उपयोग के परिणामस्वरूप होता है, और "सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान" शब्द में "सापेक्ष" शब्द कार्बन-12 के सापेक्ष इस स्केलिंग को संदर्भित करता है। सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान, तब, किसी दिए गए समस्थानिक (विशेष रूप से, किसी भी एकल न्यूक्लिड) का द्रव्यमान होता है, जब इस मान को कार्बन-12 के द्रव्यमान द्वारा मापा जाता है, जहां बाद वाले को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाना होता है। समान रूप से, एक समस्थानिक या न्यूक्लिड का सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान एक कार्बन-12 परमाणु के द्रव्यमान के 1/12 के सापेक्ष समस्थानिक का द्रव्यमान है। उदाहरण के लिए, एक कार्बन-12 परमाणु का सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान ठीक 12 है। तुलना के लिए, एक कार्बन-12 परमाणु का परमाणु द्रव्यमान ठीक 12 डाल्टन है। वैकल्पिक रूप से, कार्बन-12 परमाणु का परमाणु द्रव्यमान किसी भी अन्य द्रव्यमान इकाइयों में व्यक्त किया जा सकता हैः उदाहरण के लिए, कार्बन-12 परमाणु का परमाणु द्रव्यमान है। जैसा कि संबंधित परमाणु द्रव्यमान के मामले में होता है जब डाल्टन में व्यक्त किया जाता है, कार्बन-12 के अलावा न्यूक्लिड्स की सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान संख्याएँ पूर्ण संख्याएँ नहीं होती हैं, लेकिन हमेशा पूर्ण संख्या के करीब होती हैं। इसकी पूरी चर्चा नीचे की गई है। परमाणु द्रव्यमान या सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान को कभी-कभी भ्रमित किया जाता है, या गलत तरीके से उपयोग किया जाता है, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान (जिसे परमाणु वजन के रूप में भी जाना जाता है) या मानक परमाणु वजन (परमाणु वजन की एक विशेष विविधता, इस अर्थ में कि यह मानकीकृत है) के पर्याय के रूप में। हालाँकि, जैसा कि परिचय में उल्लेख किया गया है, परमाणु द्रव्यमान एक निरपेक्ष द्रव्यमान है जबकि अन्य सभी शब्द आयामहीन हैं। सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान और मानक परमाणु भार मौलिक नमूनों में सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान के (प्रचुरता-भारित) औसत के लिए शब्दों का प्रतिनिधित्व करते हैं, न कि एकल न्यूक्लिड्स के लिए। इस प्रकार, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान और मानक परमाणु वजन अक्सर सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान से संख्यात्मक रूप से भिन्न होते हैं। परमाणु द्रव्यमान (सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान) को एकल परमाणु के द्रव्यमान के रूप में परिभाषित किया गया है, जो एक समय में केवल एक समस्थानिक (न्यूक्लिड) हो सकता है, और सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान/परमाणु वजन के मामले में प्रचुरता-भारित औसत नहीं है। इसलिए, एक रासायनिक तत्व के प्रत्येक समस्थानिक और न्यूक्लिड का परमाणु द्रव्यमान या सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान एक ऐसी संख्या है जिसे सिद्धांत रूप में उच्च सटीकता के लिए मापा जा सकता है, क्योंकि इस तरह के न्यूक्लिड का प्रत्येक नमूना हर दूसरे नमूने के लिए बिल्कुल समान होने की उम्मीद है, क्योंकि एक ही ऊर्जा अवस्था में दिए गए प्रकार के सभी परमाणु, और एक विशेष न्यूक्लिड का प्रत्येक नमूना, उस न्यूक्लिड के हर दूसरे नमूने के द्रव्यमान में बिल्कुल समान होने की उम्मीद है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन-16 के प्रत्येक परमाणु में ऑक्सीजन-16 के प्रत्येक अन्य परमाणु के समान ही परमाणु द्रव्यमान (सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान) होने की उम्मीद है। प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले आइसोटोप (मोनोन्यूक्लिडिक तत्व) या एक प्रमुख आइसोटोप वाले कई तत्वों के मामले में, सबसे आम आइसोटोप के परमाणु द्रव्यमान और (मानक) सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान या (मानक) परमाणु वजन के बीच का अंतर छोटा या शून्य भी हो सकता है, और अधिकांश थोक गणनाओं को प्रभावित नहीं करता है। हालांकि, इस तरह की त्रुटि मौजूद हो सकती है और यहां तक कि उन तत्वों के लिए अलग-अलग परमाणुओं पर विचार करते समय भी महत्वपूर्ण हो सकती है जो मोनोन्यूक्लिडिक नहीं हैं। गैर-मोनोन्यूक्लिडिक तत्वों के लिए जिनमें एक से अधिक सामान्य समस्थानिक होते हैं, यहां तक कि सबसे सामान्य सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान से सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान (परमाणु वजन) में संख्यात्मक अंतर आधा द्रव्यमान इकाई या अधिक हो सकता है (जैसे। क्लोरीन का मामला देखें जहाँ 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, परमाणु वजन या मानक परमाणु वजन से भिन्न हो सकता है। सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान हमेशा पूर्ण-संख्या मूल्यों के करीब होते हैं, लेकिन कभी भी (कार्बन-12 के मामले को छोड़कर) बिल्कुल एक पूर्ण संख्या नहीं होती है, दो कारणों सेः प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान अलग-अलग होते हैं, और अलग-अलग न्यूक्लिड में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन का अनुपात अलग-अलग होता है। परमाणु द्रव्यमान को उनकी बाध्यकारी ऊर्जाओं द्वारा अलग-अलग हद तक कम किया जाता है। परमाणु द्रव्यमान और द्रव्यमान संख्या (नाभिकों की संख्या) का अनुपात 56Fe से 1H तक भिन्न होता है। परमाणु बंधन ऊर्जा के कारण कोई भी द्रव्यमान दोष प्रयोगात्मक रूप से मुक्त नाभिकों की समान संख्या के द्रव्यमान का एक छोटा सा अंश (1 प्रतिशत से कम) होता है। जब कार्बन-12 में प्रति नाभिक के औसत द्रव्यमान की तुलना की जाती है, जो अन्य परमाणुओं की तुलना में मध्यम रूप से दृढ़ता से बंधा होता है, तो अधिकांश परमाणुओं के लिए बंधन का द्रव्यमान दोष एक डाल्टन (कार्बन-12 पर आधारित एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई) का और भी छोटा अंश होता है। चूँकि मुक्त प्रोटॉन और न्यूट्रॉन द्रव्यमान में एक दूसरे से एक डाल्टन () के एक छोटे से अंश से भिन्न होते हैं, इसलिए सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान, या किसी भी दिए गए न्यूक्लिड के परमाणु द्रव्यमान को निकटतम पूर्ण संख्या में डाल्टन में दिए जाने पर, हमेशा नाभिक गणना, या द्रव्यमान संख्या मिलती है। इसके अतिरिक्त, न्यूट्रॉन गणना (न्यूट्रॉन संख्या) को द्रव्यमान संख्या (नाभिक गणना) से प्रोटॉन (परमाणु संख्या) की संख्या को घटाकर प्राप्त किया जा सकता है। द्रव्यमान दोष परमाणु द्रव्यमान और द्रव्यमान संख्या का अनुपात 1 से जिस मात्रा में विचलित होता है वह इस प्रकार हैः विचलन हाइड्रोजन-1 पर सकारात्मक शुरू होता है, फिर तब तक कम होता है जब तक कि यह हीलियम-4 पर स्थानीय न्यूनतम तक नहीं पहुंच जाता। लिथियम, बेरिलियम और बोरॉन के समस्थानिक हीलियम की तुलना में कम दृढ़ता से बंधे होते हैं, जैसा कि उनके बढ़ते द्रव्यमान-से-द्रव्यमान संख्या अनुपात से पता चलता है। कार्बन पर द्रव्यमान (डाल्टन में) और द्रव्यमान संख्या के अनुपात को 1 के रूप में परिभाषित किया जाता है, और कार्बन के बाद यह तब तक एक से कम हो जाता है जब तक कि लौह-56 (लौह-58 और निकल-62 के लिए केवल थोड़े उच्च मानों के साथ) पर न्यूनतम नहीं पहुंच जाता है, फिर परमाणु संख्या बढ़ने के साथ भारी समस्थानिकों में सकारात्मक मानों तक बढ़ जाता है। यह इस तथ्य से मेल खाता है कि जिरकोनियम से भारी तत्व में परमाणु विखंडन ऊर्जा का उत्पादन करता है, और नियोबियम से हल्के किसी भी तत्व में विखंडन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, स्कैंडियम से हल्के तत्व के दो परमाणुओं का परमाणु संलयन (हीलियम को छोड़कर) ऊर्जा पैदा करता है, जबकि कैल्शियम से भारी तत्वों में संलयन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। बेरिलियम-8 उत्पन्न करने वाले 4H के दो परमाणुओं के संलयन के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होगी, और बेरिलियम जल्दी से फिर से टूट जाएगा। 4 वह ट्रिटियम (3एच) या 3एच के साथ संलयन कर सकता है; ये प्रक्रियाएं बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस के दौरान हुईं। सात से अधिक नाभिकों वाले तत्वों के निर्माण के लिए ट्रिपल अल्फा प्रक्रिया में 4He के तीन परमाणुओं के संलयन की आवश्यकता होती है, जो कार्बन-12 का उत्पादन करने के लिए लिथियम, बेरिलियम और बोरॉन को छोड़ देते हैं। परमाणु द्रव्यमान और द्रव्यमान संख्या के अनुपात के कुछ मान यहां दिए गए हैंः परमाणु द्रव्यमान का मापन द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री के माध्यम से परमाणु द्रव्यमान की सीधी तुलना और माप प्राप्त की जाती है। परमाणु और आणविक द्रव्यमान के बीच संबंध इसी तरह की परिभाषाएँ अणुओं पर लागू होती हैं। किसी 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 आमतौर पर मानक परमाणु भार (परमाणु या न्यूक्लिड द्रव्यमान नहीं) से की जाती है। इस प्रकार, आणविक द्रव्यमान और दाढ़ द्रव्यमान संख्यात्मक मूल्य में थोड़ा भिन्न होते हैं और विभिन्न अवधारणाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। आणविक द्रव्यमान एक अणु का द्रव्यमान है, जो इसके घटक परमाणु द्रव्यमान का योग है। मोलर द्रव्यमान रासायनिक रूप से शुद्ध लेकिन समस्थानिक रूप से विषम समूह में घटक अणुओं के द्रव्यमान का औसत है। दोनों ही मामलों में, परमाणुओं की बहुलता (यह कितनी बार होता है) को ध्यान में रखा जाना चाहिए, आमतौर पर प्रत्येक अद्वितीय द्रव्यमान को इसकी बहुलता से गुणा करके। सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान निर्धारित करने वाले पहले वैज्ञानिक 1803 और 1805 के बीच जॉन डाल्टन और थॉमस थॉमसन और 1808 और 1826 के बीच जॉन्स जैकब बर्जेलियस थे। सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान (परमाणु भार) को 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 में कहा गया था कि सभी तत्वों के परमाणु द्रव्यमान हाइड्रोजन के सटीक गुणक साबित होंगे। हालांकि, बर्जेलियस ने जल्द ही साबित 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 गिरता है। फिर भी बाद में, यह काफी हद तक समस्थानिकों के मिश्रण के कारण दिखाया गया था, और यह कि शुद्ध समस्थानिकों, या न्यूक्लिड्स के परमाणु द्रव्यमान, हाइड्रोजन द्रव्यमान के गुणक हैं, लगभग 1 प्रतिशत के भीतर। 1860 के दशक में, स्टानिस्लाओ कैनिज़ारो ने एवोगाड्रो के नियम (विशेष रूप से 1860 की कार्ल्सरुहे कांग्रेस में) को लागू करके सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान को परिष्कृत किया। उन्होंने तत्वों के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान को निर्धारित करने के लिए एक नियम तैयार कियाः विभिन्न अणुओं में निहित एक ही तत्व की विभिन्न मात्राएं परमाणु भार के सभी पूर्ण गुणक हैं और गैसों के संग्रह के वाष्प घनत्व की तुलना एक या अधिक रासायनिक तत्व वाले अणुओं के साथ करके सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान और आणविक द्रव्यमान निर्धारित करते हैं। 20वीं शताब्दी में, 1960 के दशक तक, रसायन विज्ञानियों और भौतिक विज्ञानियों ने दो अलग-अलग परमाणु द्रव्यमान तराजू का उपयोग किया। रसायन विज्ञानियों ने एक "परमाणु द्रव्यमान इकाई" (अमू) पैमाने का उपयोग इस तरह किया कि ऑक्सीजन समस्थानिकों के प्राकृतिक मिश्रण में परमाणु द्रव्यमान 16 था, जबकि भौतिक विज्ञानियों ने सबसे आम ऑक्सीजन समस्थानिक (16ओ, जिसमें आठ प्रोटॉन और आठ न्यूट्रॉन होते हैं) के केवल परमाणु द्रव्यमान के लिए समान संख्या 16 निर्धारित की। हालाँकि, क्योंकि प्राकृतिक ऑक्सीजन में ऑक्सीजन-17 और ऑक्सीजन-18 भी मौजूद होते हैं, इससे परमाणु द्रव्यमान की दो अलग-अलग तालिकाएँ बनती हैं। कार्बन-12,12 सी पर आधारित एकीकृत पैमाने ने भौतिकविदों की पैमाने को एक शुद्ध समस्थानिक पर आधारित करने की आवश्यकता को पूरा किया, जबकि संख्यात्मक रूप से रसायनविदों के पैमाने के करीब था। इसे 'एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई' के रूप में अपनाया गया था। इस इकाई के नाम के लिए वर्तमान अंतर्राष्ट्रीय इकाइयों की प्रणाली (एस. आई.) की प्राथमिक सिफारिश डाल्टन और प्रतीक 'दा' है। 'एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई' नाम और प्रतीक 'यू' एक ही इकाई के लिए मान्यता प्राप्त नाम और प्रतीक हैं। परमाणु भार शब्द को धीरे-धीरे समाप्त किया जा रहा है और अधिकांश वर्तमान उपयोग में सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है। नामकरण में यह बदलाव 1960 के दशक तक वापस पहुँचता है और वैज्ञानिक समुदाय में बहुत बहस का स्रोत रहा है, जो एकीकृत परमाणु द्रव्यमान इकाई को अपनाने और इस एहसास से शुरू हुआ कि वजन कुछ मायनों में एक अनुचित शब्द था। "परमाणु भार" शब्द को रखने का तर्क मुख्य रूप से यह था कि यह क्षेत्र में उन लोगों के लिए एक अच्छी तरह से समझा गया शब्द था, कि "परमाणु द्रव्यमान" शब्द पहले से ही उपयोग में था (जैसा कि वर्तमान में परिभाषित किया गया है) और "सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" शब्द को आसानी से सापेक्ष समस्थानिक द्रव्यमान (किसी दिए गए न्यूक्लिड के एकल परमाणु का द्रव्यमान, जिसे कार्बन-12 के द्रव्यमान के 1/12 के सापेक्ष आयामहीन रूप से व्यक्त किया जाता है; ऊपर का खंड देखें) के साथ भ्रमित किया जा सकता है। 1979 में, एक समझौते के रूप में, "सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" शब्द को परमाणु भार के लिए एक माध्यमिक पर्याय के रूप में पेश किया गया था। बीस साल बाद इन पर्यायवाची शब्दों की प्रधानता को उलट दिया गया, और "सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" शब्द अब पसंदीदा शब्द है। हालाँकि, "मानक परमाणु भार" शब्द (अलग-अलग नमूनों के मानकीकृत प्रत्याशित परमाणु भार का उल्लेख करते हुए) को नहीं बदला गया है, क्योंकि "परमाणु भार" को "सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" के साथ सरल प्रतिस्थापन के परिणामस्वरूप "मानक सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान" शब्द आया होगा। परमाणु संख्या डाल्टन (इकाई) समस्थानिक समस्थानिक भू-रसायन आणविक द्रव्यमान जीन स्टास संदर्भ बाहरी लिंक एन. आई. एस. टी. सभी समस्थानिकों के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान और तत्वों के मानक परमाणु भार ए. एम. ई. 2003 परमाणु द्रव्यमान राष्ट्रीय परमाणु डेटा केंद्र से मूल्यांकन परमाणु द्रव्यमान रासायनिक गुण स्टोइकिओमेट्री