【プロ講師解説】このページでは『相対質量・原子量・分子量・式量の定義、求め方、計算問題』について解説しています。解説は高校化学・化学基礎を扱うウェブメディア『化学のグルメ』を通じて6年間大学受験に携わるプロの化学講師が執筆します。
相対質量
このページでは、相対質量・原子量・分子量・式量の4つについて、定義から求め方、計算問題の解法まで一から丁寧に解説していく。まずは相対質量から見ていくことにしよう。
相対質量とは
相対質量とは、12Cの質量を12と定めて、これを基準に他の原子の質量を相対的に比べたものである。
詳しく説明していこう。
原子1コの質量は極めて小さいため、計算などをするとき非常に扱いづらい。
そこで、質量をより扱い易くするために考えられたのが「相対質量」というもの。
昔、偉い人が「原子の質量はそのままじゃ小さすぎて使いづらいから、炭素の質量を12って決めて、他の原子はそれと比べてどれくらい重い(軽い)かどうかで表せばいいんじゃん?」
って思いついた。
→炭素の3倍の重さがある原子の質量は…12×3=36
→炭素の半分の重さしかない原子の質量は…12×1/2=6
実際、それでやってみると思いのほか上手くいって、この考え方が今原子の質量を考える上での基本となっている。
相対質量の求め方
相対質量は、基準である炭素の相対質量12に、その原子と炭素との質量の比をかけると求めることができる。
例えば次の問題を見てみよう。
問題に「水素の質量は炭素の$\frac{ 1 }{ 12 }$」と書いてあるので、炭素の相対質量である12に$\frac{ 1 }{ 12 }$をかけてあげればよい。
12 × \frac{ 1 }{ 12 } = 1
\]
よって、1Hの相対質量は1だ。
原子量
原子量とは、各同位体の相対質量にそれぞれの存在比をかけて足した値である。
同素体と同位体の違いは?硫黄・炭素・酸素・リンの同素体の特徴も!のところで説明しているように、元素の多くは同位体が存在するため、それぞれの相対質量にその存在比をかけて最後に足すわけだね。
文字だけでは分かりにくいため、炭素を例に実際計算してみよう。
同位体の相対質量に、それぞれの存在比をかけて足す。
\underbrace{12.0 × \frac{ 98.9 }{ 100 } }
_{ ^{ 12 }\text{ C }} +
\underbrace{13.0 × \frac{ 1.1 }{ 100 } }
_{ ^{ 13 }\text{ C }} = 12.011
\]
約12になったね。これが炭素の原子量だ。ちなみに、このような原子量計算をするときの有名な工夫がある。
12.0 × \frac{ 98.9 }{ 100 } + 13.0 × \frac{ 1.1 }{ 100 } \\
= 12.0 × \frac{ 98.9 }{ 100 } + (12.0+1.00) × \frac{ 1.1 }{ 100 } \\
= 12.0 × \frac{ 98.9 }{ 100 } + 12.0 × \frac{ 1.1 }{ 100 } + 1.00 × \frac{ 1.1 }{ 100 }\\
= 12.0 × (\frac{ 98.9 }{ 100 } + \frac{ 1.1 }{ 100 }) + 1.00 × \frac{ 1.1 }{ 100 }\\
= 12.0 × 1 + 1.00 × \frac{ 1.1 }{ 100 }\\
= 12.0 + 0.011\\
= 12.011
\]
この問題は、定期テストなどでよく出るやつだから、しっかり解けるようにしておいてね。また、もう1つのパターンとして「原子量が分かっている状態で存在比を求める」ものがある。そちらも一応練習しておこう。
こちらも同じように、「同位体の相対質量に、それぞれの存在比をかけて足すと原子量が出る」ということを利用して解く。
\underbrace{35.0 × \frac{ x }{ 100 } }
_{ ^{ 35 }\text{ Cl }} +
\underbrace{37.0 × \frac{ 100-x }{ 100 } }
_{ ^{ 37 }\text{ Cl }} = 35.5
\]
片方の存在比(%)をxとおけば、全部で100(%)だからもう片方は100-x(%)と考えられるね。
この式をxについて解くと、x=0.75となるので、
^{35}Cl = 75(\%) \\
^{37}Cl = 25(\%)
\]
PLUS+
分子量
分子量とは、分子を構成している原子の原子量の和である。
例えば、水(H2O)の分子量は、水素の原子量「1」と酸素の原子量「16」を使って、(原子量はテストでは問題に書いてあるから覚えなくてOK)
1×2 + 16×1 = 18
\]
というように求めることができる。水素の原子量に2を、酸素の原子量に1をかけているのは、水分子中に水素原子は2コ、酸素原子は1コあるからだね。
式量
式量とは、組成式またはイオン式で表される物質を構成している原子の原子量の和である。
例として「NaCl」の式量を求めてみよう。
Naの原子量23.0、Clの原子量35.5を用いると…(繰り返しになるが原子量は覚えなくていいよ)
23.0×1 + 35.5×1 = 58.5
\]
となるね。Naの原子量とClの原子量にそれぞれ1をかけているが、これはNaClという式の中のNaとClの比が「1:1」だからだね。
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・化学のグルメ運営代表
・高校化学講師
・薬剤師
・デザイナー/イラストレーター
数百名の個別指導経験あり(過去生徒合格実績:東京大・京都大・東工大・東北大・筑波大・千葉大・早稲田大・慶應義塾大・東京理科大・上智大・明治大など)
2014年よりwebメディア『化学のグルメ』を運営
公式オンラインストアで販売中の理論化学ドリルシリーズ・有機化学ドリル等を執筆
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