Por que é conveniente usarmos dois padrōes de massa, o quilograma e o átomo de carbono-12?

Passo 1

O enunciado pergunta por que é conveniente termos simultaneamente um padrão macroscópico de massa (o quilograma) e um padrão microscópico ligado ao átomo de carbono-12. O conteúdo envolve sistemas de unidades de massa e a necessidade de compatibilizar escalas muito diferentes, do cotidiano até a escala atômica.

Passo 2

O quilograma é o padrão fundamental de massa no SI. Ele foi definido originalmente por um protótipo material de platina-irídio e, desde 2019, passou a ser reatribuído por constantes da natureza (constante de Planck). Esse padrão funciona muito bem para medições de massas do dia a dia, de componentes mecânicos e de materiais em escala macroscópica, garantindo rastreabilidade metrológica em laboratórios e indústrias.

Passo 3

Na escala atômica e molecular usamos a unidade de massa atômica, definida a partir do carbono-12. Formalmente,
1,u = 112,ml(^12Cr),
onde m(^12C) é a massa de um átomo de carbono-12 em repouso. Esse padrão é ideal para espectrometria de massas, química e física de partículas, pois os valores ficam em torno de unidades simples (por exemplo, a massa do hidrogênio é cerca de 1,008,u).

Passo 4

Para ligar as duas escalas usamos o número de Avogadro NA. Como
NA approx 6,022times10^23;átomos/mol, á
sabemos que 1,mol de átomos de carbono-12 tem massa exatamente 12,g no sistema SI. Assim podemos converter massas atômicas (em u) para quilogramas e vice-versa de forma precisa e rigorosa.

Passo 5

Ter esses dois padrões é conveniente porque:
– Cobrem faixas de massa muito distantes (do grama e quilograma até 10^-27,kg de um átomo).
– Garantem alta precisão em cada escala: o quilograma para pesos industriais e diários; a unidade atômica para reações químicas e análises de partículas.
– Permitem conversão direta e rastreabilidade metrológica por meio de NA, conectando perfeitamente o mundo macroscópico ao microscópico.

Resposta

É conveniente usar o quilograma como padrão macroscópico e o átomo de carbono-12 (ou unidade atômica) como padrão microscópico porque eles são adequados cada um à sua escala de massa, oferecem alta precisão em seus regimes e se conectam rigorosamente por meio do número de Avogadro, garantindo rastreabilidade e coerência entre medições atômicas e cotidianas.

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