Unité de masse atomique unifiée

unité de mesure standard, utilisée pour mesurer la masse des atomes et des molécules
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L'unité de masse atomique unifiée[1], de symbole « u », est une unité de mesure standard, utilisée pour exprimer la masse des atomes et des molécules.

Cette unité n'appartient pas au Système international (SI), mais son usage est accepté avec lui. Sa valeur est obtenue expérimentalement. Elle est définie comme 112 de la masse d'un atome du nucléide 12C (carbone 12), non lié, au repos et dans son état fondamental. En d'autres termes, un atome de 12C a une masse d'exactement 12 u . En conséquence, 1 u vaut approximativement 1,660 538 921 × 10−27 kg[1].

Avant la redéfinition de la mole en 2019, une mole d'atomes de 12C pesait exactement 12 g par définition, donc une mole d'unités de masse atomique unifiées faisaient un gramme. Ce n'est plus le cas depuis le , quand la valeur du nombre d'Avogadro a été fixée à exactement 6,022 140 76 × 1023 mol−1.

La masse moyenne d'un nucléon dépend du nombre total de nucléons dans le noyau atomique, en raison du défaut de masse. C'est pourquoi la masse d'un proton ou d'un neutron pris séparément est strictement supérieure (d'un peu moins de 1%) à 1 u.

L'unité de masse atomique (sans le qualificatif unifiée), de symbole uma (amu en anglais), est une unité de masse obsolète de valeur voisine. Jusqu'en 1959, elle était définie en physique comme 116 de la masse d'un atome du nucléide 16O (oxygène 16) et en chimie comme 116 de la masse moyenne d'un atome d'oxygène « naturel », mélange légèrement variable des isotopes 16O, 17O et 18O. Cette dualité prit fin en 1959/1960 lorsque l'IUPAP et l'IUPAC se mirent d'accord pour mesurer les masses atomiques et moléculaires en douzièmes de la masse du nucléide 12C[2]. On voit encore aujourd'hui le symbole uma (ou amu) au lieu de u, mais avec pour valeur l'unité de masse atomique unifiée actuelle.

ValeurModifier

Dans les unités SI, le CODATA de 2018 recommande la valeur suivante :

 ,

soit une incertitude relative de 3,0 × 10−10 (3,0 × 10−8 %).

En physique nucléaire, il est plus pratique d'exprimer la masse en eV/c2. Le Particle Data Group recommande en 2008[3] la valeur suivante :

 

En biochimieModifier

Dans le domaine de la biochimie, on appelle également l'unité de masse des atomes le dalton (symbole Da), en l'honneur de John Dalton pour son travail sur la théorie atomique.

Un dalton est défini comme égal à 112 de la masse d'un atome de carbone 12. C'est donc un autre nom pour l'unité de masse atomique unifiée. Un dalton est, avec une assez bonne précision, la masse d'un atome d'hydrogène, la valeur de cette dernière étant 1,007 94 u aux erreurs de mesure près.

Le kilodalton (kDa) est beaucoup plus utilisé que le dalton en biologie et biochimie, du fait de la taille des molécules étudiées, pouvant contenir plusieurs milliers, voire millions, d'atomes. À titre de repère grossier, la plupart des molécules cellulaires ont typiquement une masse comprise entre 20 et 100 kDa. Un acide aminé de protéine représente environ 110 Da, une protéine plus de 12 kDa ; une base d'ADN avec le désoxyribose et le phosphate, (soit un nucléotide) environ 330 kDa. En 2019, une équipe de l'Institut de biologie structurale est parvenue à obtenir la structure à l’échelle atomique d’une protéine de 468 kDa[4].

Notes et référencesModifier

  1. a et b Bureau international des poids et mesures, Le Système international d'unités (SI), Sèvres, BIPM, , 9e éd., 216 p. (ISBN 978-92-822-2272-0, lire en ligne [PDF]), chap. 4 (« Unités en dehors du SI dont l'usage est accepté avec le SI »), p. 33-34.
  2. BIPM, Brochure sur le SI (texte en français) (PDF), annexe 4 (« Notes historiques »), p. 104 (consulté le )
  3. (en)Particle Physics Booklet[PDF], sur pdg.lbl.gov.
  4. « Biologie structurale : record mondial à l’IBS ! », sur www.cea.fr, (consulté le 13 mars 2020)