Masa elektrona u mirovanju

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу
Vrednosti me Jedinice
9,10938215(45)×10−31 kg
5,4857990943(23)×10−4 u
8,18710438(41)×10−14 J/c2
0,510998910(13)×106 eV/c2
Vrednosti energije me Jedinice
8,18710438(41)×10−14 J
0,510998910(13) MeV

Masa elektrona u mirovanju (simbol: me) je masa zaustavljenog elektrona. U pitanju je jedna od osnovnih konstanti u fizici, a takođe je jako bitna i u hemiji jer je povezana sa Avogadrovom konstantom. Ima vrednost od oko 9,11×10−31 kilograma ili oko 5,486×10−4 u, jednaka energiji od oko 8,19×10−14 J ili oko 0,511 MeV.[1]

Terminologija[уреди]

Pojam „masa u mirovanju“ + kinetička energija potiče od potrebe da se uzmu u obzir efekti Specijalne teorije relativnosti na prividnu masu elektrona. Nije moguće „izmeriti“ nepokretan elektron, pa se sva merenja moraju vršiti sa elektronom u pokretu.

Određivanje[уреди]

Masa elektrona u mirovanju u kilogramima se izračunava iz definicije Ridbergove konstante R:

gde α predstavlja konstantu fine strukture a h je Plankova konstanta.[1] Relativna neodređenost, 5×10−8 preporučena u 2006 CODATA,[2] se javlja usled neodređenosti u Plankovoj konstanti.

Elektron relativna atomska masa može da se meri direktno u Peningovoj zamci. Zaključak o njoj se takođe može izvesti i iz spektruma antiprotonskog helijumovog atoma (Atomi Helijuma kod kojih je jedan od elektrona, zamenjen Antiprotonom) ili iz merenja elektronskog g-faktora u jonima Vodonika 12C5+ ili 16O7+. 2006-e CODATA je preporučila vrednost relativne neodređenosti od 4.2×10−10.[1]

Elektron relativna atomska masa je korigovana u CODATA skupu osnovnih fizičkih konstanti, dok se masa elektrona u mirovanju u kilogramima izračunava iz Plankove konstante, konstante fine strukture i Ridbergove konstante.[1] Veza između dve vrednosti je zanemarljiva (r = 0.0003).[2]

Veza sa ostalim Fizičkim Konstantama[уреди]

Kao što je navedeno, masa elektrona se koristi u izračunavanju Avogadrovog broja NA:

Te je takođe povezana i sa konstantom atomske mase mu:

Gde je Mu molarna masena konstanta (definisana u SI) a Ar(e) je direktno merena, relativna masa elektrona.

Treba primetiti da je mu definisano u odnosu na Ar(e), tako da ime "masa elektrona u jedinicama atomske mase" predstavlja kružnu definiciju.

Elektron relativna atomska masa takođe ulazi u račun za sve ostale relativne atomske mase. Prema dogovoru, relativne atomske mase se navode za neutralne atome, dok se sama merenja vrše sa pozitivnim jonima, ili u masenim spektrometrima ili Peningovoj zamci. Iz tog razloga se masa elektrona mora dodati na izmerenu masu "atoma" pre katalogizacije. Takođe se mora uračunati i ispravka za maseni ekvivalent energije veze Eb. Na primer pri kompletnoj jonizaciji svih elektrona, nuklida X atomskog broja Z,[1]

Pošto se relativne atomske mase mere kao odnos masa, to se ispravke moraju primeniti na oba jona. neodređenosti u ovim korelacijama su zanemarljive, što se može videti i u priloženoj tablici za Vodonik 1 i Kiseonik 16.

  1H 16O
Relativna atomska masa XZ+ jona 1.007 276 466 77(10) 15.990 528 174 45(18)
Relativna atomska masa Z elektrona 0.000 548 579 909 43(23) 0.004 388 639 2754(18)
Ispravka zbog energije vezivanja −0.000 000 014 5985 −0.000 002 194 1559
Relativna atomska masa neutralnog atoma 1.007 825 032 07(10) 15.994 914 619 57(18)

Princip se može ilustrovati određivanjem elektron relativne atomske mase po Farnhamu ds Univerziteta u Vašingtonu (1995).[3] Ovo uključuje merenje ciklotronske radijacije elektrona i 12C6+ jona u Peningovoj zamci. Što je čestica teža, to će joj biti niža frekvencija ciklotronske radijacije; što je veće naelektrisanje čestice, to će i frekvencija biti veća. U skladu s tim, odnos dve frekvencije je jednak šest puta obrnutom odnosu masa čestica:

Kako je relativna atomska masa 12C6+ jona približno jednaka 12, odnos frekvencija se nože uzeti za izračunavanje prve aproksimacije Ar(e), 5.486 303 7178×10−4. Ova aproksimacija se onda koristi za izračunavanje prve aproksimacije Ar(12C6+), znajući da je Eb(12C)/muc2 = 1.105 8674×10−6 (iz sume šest jonizujućih energija Ugljenika): Ar(12C6+) ≈ 11.996 708 723 6367. Ova vrednost se onda koristi za izračunavanje nove aproksimacije Ar(e), i proces se ponavlja dok rezultat više ne varira (imajući na umu relativnu neodređenost merenja, 2.1×10−9): ovo se dešava već u četvrtom krugu iteracija, dajući Ar(e) = 5.485 799 111(12)×10−4 sa ovim podacima.

Reference[уреди]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 Mohr Peter J.; Taylor Barry N.; Newell David B. (2008). „CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006”. Reviews of Modern Physics. 80 (2): 633—730. Bibcode:2008RvMP...80..633M. doi:10.1103/RevModPhys.80.633.  Текст „Rev. Mod. Phys. ” игнорисан (помоћ)
  2. 2,0 2,1 The NIST reference on Constants, Units, and Uncertainty, National Institute of Standards and Technology 
  3. ^ Farnham, D. L.; Van Dyck, Jr., R. S.; Schwinberg, P. B. (1995), „Determination of the Electron's Atomic Mass and the Proton/Electron Mass Ratio via Penning Trap Mass Spectroscopy”, Phys. Rev. Lett., 75 (20): 3598—3601, Bibcode:1995PhRvL..75.3598F, doi:10.1103/PhysRevLett.75.3598