原子の相対質量についてわかりやすく解説！【実践問題付】

2024年2月17日2024年2月26日

原子の相対質量って何？

悩む人

原子の相対質量がよくわからない…

このような疑問で手が止まっていませんか？

原子は1つ1つの質量が非常に小さいので、g単位で表すと小さすぎて扱いづらくなってしまいます。

そこで、相対質量という考え方でそれぞれの原子を扱いやすくしています。

しかし、相対質量の考え方は慣れるまでしっくりこないことが多いと思います。

そこで、今回は

原子の相対質量について、実践問題を通してわかりやすく解説していきます！

本記事は以下のような人におすすめです！

原子の相対質量を求める問題が解けない。

かんた

この記事を読んで、原子の相対質量の考え方を完全攻略しよう！

問題

原子の相対質量は、質量数12の炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\)を基準とし、その質量を12としたときの相対値で表される。次の各問いに答えよ。

(1) \(\mathrm{^{12}C} \,\)1個の質量は\(\mathrm{2.0 \times 10^{-23} \, g}\)、ベリリウム原子1個の質量は\(\mathrm{1.5 \times 10^{-23}\, g}\)である。ベリリウム原子の相対質量はいくらか。

(2) アルミニウム原子\(\mathrm{^{27}Al}\)の相対質量は27である。アルミニウム原子1個の質量は、\(\mathrm{^{12}C} \, \)1個の質量の何倍か。
2020セミナー化学基礎 | 第一学習社

略解

(1) 9.0

(2) 2.3倍

テキスト：原子の相対質量

この問題で大切になってくる知識は「原子の相対質量」についてです。

まず、原子の相対質量について確認していきましょう。

原子の相対質量

まず、原子1個の質量を具体的に見てみましょう。

原子	原子1個の質量
\(\mathrm{^{1}H}\)	\(\mathrm{1.6735 \times 10^{-24} \, g}\)
\(\mathrm{^{12}C}\)	\(\mathrm{1.9926 \times 10^{-23} \, g}\)

表1 原子1個の質量（具体例）

表1からわかるように、原子1個の質量は非常に小さいです。

これでは計算するときなどにとても大変になってしまいますよね。

そこで、化学の世界では原子の質量を相対質量というものを用いて考えるように決めました。

相対質量：質量数12の炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\, \)1個の質量を12とし、これを基準として各原子の質量を定義したもの。

と言われてもあまりしっくりこないと思います。

下の図を見てイメージしてみてください。

まず、一般的な計測器に原子1個をのせて計測したときを考えます。

質量数12の炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\)は、\(\mathrm{1.9926 \times 10^{-23} \, g}\)を示します。

質量数1の水素原子\(\mathrm{^{1}H}\)は、\(\mathrm{1.6735 \times 10^{-24} \, g}\)を示します。

悩む人

\( 10^{-24}\)…値が小さすぎて計算とか面倒くさそう

かんた

もっとわかりやすく表す方法があるよ！

そこで、

質量数12の炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\)をのせたときに、ちょうど質量が12を示す計測器を用意します。

この計測器を用いると、炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\)の質量を12と表すことができるのでわかりやすいですね。

また、同じ計測器に質量数1の水素原子\(\mathrm{^{1}H}\)をのせたときの重さが水素原子\(\mathrm{^{1}H}\)の相対質量です。

かんた

質量数12の炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\)の質量がちょうど12となった計測器に、他の原子1個をのせたときに表示された質量が相対質量ってことだね！

では、実際に具体例を考えてみましょう。

質量数1の水素原子\(\mathrm{^{1}H}\)の相対質量\(x\)を求めてみましょう。

表1からそれぞれの質量はわかっています。

ここで、\(\mathrm{^{12}C}\) 1個分の質量を12としたときの\(\mathrm{^{1}H}\)の質量を考えます。

すると、以下のような比例関係が成立します。

(\(\mathrm{^{12}C}\) の質量)：(\(\mathrm{^{1}H}\)の質量)=12：\(\mathrm{^{1}H}\)の相対質量

\(\mathrm{1.9926 \times 10^{-23} : 1.6735 \times 10^{-24}}\) = \( 12 : x \)

\( x = 12 \times \displaystyle\frac{1.6735 \times 10^{-24}}{1.9926 \times 10^{-23}}\)

\( x=1.0078 \)

よって質量数1の水素原子\(\mathrm{^{1}H}\)の相対質量は約1であることがわかります。

かんた

相対質量で考えると、炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\)が12、水素原子\(\mathrm{^{1}H}\)が1で、炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\)は水素原子\(\mathrm{^{1}H}\)の12倍の重さなんだってすぐわかるね！

かんた

相対質量は、\(\mathrm{^{12}C} \, \)1個の質量を基準とした質量の比であるので単位はないよ！

この相対質量の考え方を踏まえて、問題の解答を確認していきましょう。

解説

原子の相対質量は、質量数12の炭素原子\(\mathrm{^{12}C}\)を基準とし、その質量を12としたときの相対値で表される。次の各問いに答えよ。

(1) \(\mathrm{^{12}C} \,\)1個の質量は\(\mathrm{2.0 \times 10^{-23} \, g}\)、ベリリウム原子1個の質量は\(\mathrm{1.5 \times 10^{-23}\, g}\)である。ベリリウム原子の相対質量はいくらか。

(2) アルミニウム原子\(\mathrm{^{27}Al}\)の相対質量は27である。アルミニウム原子1個の質量は、\(\mathrm{^{12}C} \, \)1個の質量の何倍か。
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(1) \(\mathrm{^{12}C} \,\)1個の質量は\(\mathrm{2.0 \times 10^{-23} \, g}\)、ベリリウム原子1個の質量は\(\mathrm{1.5 \times 10^{-23}\, g}\)である。ベリリウム原子の相対質量はいくらか。

ベリリウム原子の相対質量を\(x\)とします。

\(\mathrm{^{12}C}\, \)1個の質量を12とするので、比例式は以下のように成る。

\( 2.0 \times 10^{-23} : 1.5 \times 10^{-23} = 12 : x \)

\( x=12 \times \displaystyle \frac{1.5 \times 10^{-23}}{2.0 \times 10^{-23}}\)

\( x=9.0 \)

A. 9.0

(2) アルミニウム原子\(\mathrm{^{27}Al}\)の相対質量は27である。アルミニウム原子1個の質量は、\(\mathrm{^{12}C} \, \)1個の質量の何倍か。

相対質量は\(\mathrm{^{12}C} \, \)1個の質量を12としたときの質量です。

よって、アルミニウム原子1個の質量が\(\mathrm{^{12}C} \, \)1個の質量の何倍であるかは相対質量の比で表される。

求める値を\(y\)倍とすると、

\( y=\displaystyle \frac{27}{12}\)